Повышение стойкости твердосплавных протяжек на основе уменьшения выкрашивания зубьев в краевой зоне обрабатываемой детали

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Повышение стойкости твердосплавных протяжек на основе уменьшения выкрашивания зубьев в краевой зоне обрабатываемой детали

Чигодаев Николай Ефимович

Рыбинск - 2007

Работа выполнена в Пермском государственном техническом университете

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Макаров Владимир Федорович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Волков Дмитрий Иванович

кандидат технических наук, доцент

Шапошников Александр Михайлович

Ведущая организация ОАО «Пермский моторный завод», г. Пермь

Защита состоится 28 марта 2007 г. в 12 час. на заседании диссертационного совета Д 212.210.01 в Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П.А.Соловьева по адресу: 152934, г. Рыбинск, Ярославская область, ул. Пушкина, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Рыбинской государственной авиационной технологической академии имении П.А. Соловьева.

Автореферат разослан «___» февраля 2007г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Конюхов Б.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Качество продукции машиностроения во многом зависит от технологических процессов изготовления отдельных деталей и процессов обработки поверхностей, определяющих качественные показатели деталей и изделий в целом. К таким процессам относится протягивание поверхностей ответственных деталей. Несмотря на высокую производительность и стабильность качества протянутых поверхностей, процесс протягивания нуждается в дальнейшем совершенствовании и повышении стойкости инструмента. Особенно это актуально при обработке деталей авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), изготавливаемых из труднообрабатываемых сложнолегированных сталей и сплавов с особыми свойствами. Протягивание таких деталей быстрорежущими протяжками со скоростями резания 0,5 - 2,0 м/мин не удовлетворяет производство ни по производительности обработки, ни по стойкости инструмента.

Использование для обработки деталей ГТД твердосплавных протяжек, позволяющих повысить скорости резания до 20,0 - 40,0 м/мин, сдерживается недостаточной изученностью процесса скоростного протягивания и теми недостатками, которые выявились при освоении этого метода обработки. Помимо технологических трудностей изготовления твердосплавных протяжек, сдерживающим фактором их применения является выкрашивание и хрупкое разрушение режущих кромок. Случайный характер «хрупкого» износа протяжек приводит к нестабильности процесса обработки, ухудшению качества протянутых поверхностей и к браку дорогостоящих деталей. Причинами преждевременного выхода из строя твердосплавных протяжек являются контактные процессы на рабочих поверхностях зубьев в переходные периоды процесса резания. Взаимодействие зуба протяжки со срезаемым слоем в моменты входа в обрабатываемую поверхность и выхода его из зоны резания создают условия для выкрашивания режущих кромок. Однако эти процессы еще недостаточно изучены, что не позволяет разработать эффективные способы повышения стойкости твердосплавных протяжек. Поэтому изучение процессов взаимодействия инструмента со срезаемым слоем в краевых зонах обрабатываемой детали, особенно в условиях выхода из контакта с ней, и установлению их влияния на хрупкую прочность зубьев протяжек является весьма актуальной задачей.

Цель диссертационной работы. Повышение стойкости твердосплавных протяжек при скоростном протягивании труднообрабатываемых материалов на основе уменьшения хрупкого разрушения и выкрашивания зубьев путем управления деформацией краевой зоны обрабатываемой детали.

Направление исследований обусловлено целью работы и состоит в:

- исследовании деформации краевой зоны детали для выявления условий взаимодействия инструмента со срезаемым слоем в этой зоне;

- изучении напряженно-деформированного состояния (НДС) режущего клина зуба протяжки в краевой зоне обрабатываемой детали для определения причин выкрашивания режущих кромок;

- разработке способов уменьшения выкрашивания и разрушения кромок зубьев твердосплавных протяжек путем управления деформированием краевой зоны детали;

Методы исследований. НДС краевой зоны детали и режущего клина зуба протяжки изучалось на математической модели, реализованной методом конечных элементов. В работе использованы основные положений теорий резания, упруго-пластичности, методов тензорного исчисления. Экспериментальные исследования проводились по методике однофакторного эксперимента.

Достоверность и обоснованность результатов исследований на модели деформирования краевой зоны и взаимодействия инструмента со срезаемым слоем подтверждены результатами натурных экспериментов и данными производственных испытаний разработанных способов уменьшения выкрашивания режущих кромок зубьев твердосплавных протяжек.

На защиту выносятся: 1. Результаты моделирования деформации краевой зоны детали и взаимодействия инструмента со срезаемым слоем в этой зоне;

2. Схема механизма отделения срезаемого слоя в краевой зоне и формирования заусенца;

3. Закономерности изменения контактных давлений на зубе протяжки, приводящие к выкрашиванию режущих кромок в краевой зоне.

4. Способы управления деформацией краевой зоны детали, исключающие хрупкое разрушение режущих кромок зубьев.

Научная новизна. 1. Разработана математическая модель и проведен расчет НДС инструмента и краевой зоны обрабатываемой детали при выходе зуба протяжки из детали. клин твердосплавный зуб выкрашивание

2. Доказано, что по мере приближения зуба протяжки к торцу заготовки происходит замена процесса резания на процесс выдавливания срезаемого слоя с последующим формированием заусенца и срезом части срезаемого слоя по поверхности резания.

3. Установлен деформационный механизм разрушения режущих кромок протяжек из-за значительных растягивающих напряжений на передней поверхности зуба в краевой зоне обрабатываемой детали.

4. Доказано и экспериментально подтверждено уменьшение хрупкого разрушения зубьев протяжек при уменьшении деформации краевой зоны путем изменения ее геометрии и установки технологических упоров.

Практическая ценность результатов работы заключается в разработке способов уменьшения выкрашивания режущих кромок зубьев путем управления деформированием краевой зоны обрабатываемой детали, позволяющие предотвратить преждевременный выход из строя твердосплавных протяжек и повысить тем самым их стойкость.

Реализация результатов исследований. Проведены производственные испытания предложенных способов при протягивании дисков турбин из сплава ХН35ВТЮ протяжками из ВК8 в ОАО «Пермский моторный завод». Получено увеличение стойкости твердосплавных протяжек от 10 до 20 раз.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на международном симпозиуме «Надежность и качество» (Пенза, 2004, 2005г), международной конференции «Образование через науку» (Москва, 2005г), международной научно-технической конференции «Оптимизация и управление процессом резания, механотронные станочные системы» (Уфа, 2004г.), всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов» (Рыбинск, 2005г.), 8-й всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2005» (Пермь, 2005г.), всероссийской с международным участием научно-технической конференции «Теплофизические и технологические аспекты управление качеством в машиностроении» (Тольятти, 2005), 12-й международной научно-технической конференции «Физические и компьютерные технологии» (Харьков, 2006г.), международной научно-технической конференции «Автоматизация технологических процессов и производственный контроль» (Тольятти, 2006), 8-й международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера ХХI века» (Донецк, 2006г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на __ страницах машинописного текста, содержит __ рисунка, ___ таблиц, ___ формул, списка использованных источников из __ наименований, __ приложений. Общий объем работы ___ страницы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность диссертации и сформулирована основная задача работы.

В первой главе произведен анализ опубликованных работ по теме диссертации. Анализ показал существование проблемы «хрупкой» стойкости твердосплавного инструмента при обработке прерывистых поверхностей и прерывистом резании. Хрупкое разрушение лезвий инструментов происходит в виде сколов режущей части и в виде выкрашивания режущих кромок. Сколы являются следствием действия больших силовых нагрузок на рабочие поверхности инструмента, прежде всего на его переднюю поверхность. Выкрашивание характеризуется отделением мелких частиц твердого сплава с кромки инструмента и, по мнению большинства исследователей, связано с поверхностными дефектами инструментального материала, неоднородностью структуры, остаточными напряжениями и т.д.

А.А.Аваков, А.И.Бетанели, М.П.Вадачкория, Г.И.Грановский, Н.Н.Зорев, А.И.Каширин, Т.Н.Лоладзе, А.Н.Резников, Г.Л.Хает, и др. внесшие большой вклад в изучение прочности твердосплавного инструмента, установили зависимость хрупкой прочности и закономерности разрушения лезвий инструментов от технологических условий резания. Цикличность силовой и тепловой нагрузки на контактных поверхностях режущей части, переменная толщина срезаемого слоя в ходе обработки поверхности, переходные процессы в моменты врезания и выхода из зоны резания инструмента создают условия для появления микро и макротрещин на передней поверхности режущей части инструмента, вызывая с течением времени отделение фрагментов кромок лезвий.

Вместе с тем, механизм хрупкого разрушения режущих кромок в виде выкрашивания еще недостаточно изучен, особенно в периоды врезания и выхода из зоны резания. Неизученность явлений в переходные периоды процесса резания сдерживает применение производительных методов обработки, к которым относится и процесс протягивания твердосплавными протяжками.

Протягивание является одним из производительных методов обработки поверхностей, имеющих сложные геометрические профили. Обработка таких поверхностей протяжками помимо производительности обеспечивает стабильное качество, что особенно важно для деталей авиационных газотурбинных двигателей, изготавливаемых из сложнолегированных труднообрабатываемых сталей и сплавов. Однако стойкость протяжек из быстрорежущих сталей при обработке таких деталей чрезвычайно мала, что вынуждает использовать твердосплавные протяжки. Они не только обеспечивают требуемую стойкость инструмента, но и позволяют повысить скорости протягивания.

Этому были посвящены работы Мануйлова Л.К., Макарова В.Ф., Жигалко Н.И., Ковзеля Н.И., Синицина В.И., Белашкова В.И., Дворова Ю.И., Яхнина М.Н., Мейера К., Хоффмана К. и других авторов. Благодаря применению скоростного протягивания удалось повысить производительность протягивания, во многих случаях обеспечить стабильное качество получаемых поверхностей, снизить трудоемкость обрабатываемых деталей. Однако производственный опыт выявил и недостатки этого процесса, к которым можно отнести и проблемы хрупкой прочности протяжек в моменты выхода зубьев из контакта с обрабатываемой поверхностью детали. Выкрашивание кромок зубьев приводит к преждевременному выходу инструмента из рабочего состояния, вызывая ухудшение качества обрабатываемой детали, создавая условия для появления производственного брака.

Анализ производственного опыта и опубликованных работ показал, что в процессе резания при подходе режущей части инструмента к торцу детали изменяются условия деформирования срезаемого слоя. Однако механизм влияния на процессы, приводящие к выкрашиванию, не описан и не установлена степень их влияния. Отсутствуют и проработанные рекомендации по уменьшению влияния указанных явлений на хрупкое разрушение лезвий инструмента. Имеющиеся рекомендации носят описательный характер и получены экспериментальным путем.

После обобщения результатов выполненных и опубликованных работ была сформулирована цель исследований, заключающаяся в повышении стойкости твердосплавных протяжек за счет уменьшения выкрашивания режущих кромок зубьев путем изменения условий деформирования материала краевой зоны детали и поставлены следующие задачи исследования:

- исследовать механизм деформации срезаемого слоя при выходе инструмента из контакта с обрабатываемой деталью и его влияние на взаимодействие рабочих поверхностей зуба протяжки со срезаемым слоем;

- установить влияние нестационарных условий резания на НДС режущего клина и создание условий хрупкого выкрашивания его кромок;

- разработать способы минимизации выкрашивания кромок зубьев твердосплавных протяжек путем управления деформированием краевой зоны детали;

- разработать технологические рекомендации по повышению стойкости твердосплавных протяжек на основе предложенных способов управления деформированием краевой зоны обрабатываемой детали.

Во второй главе описываются применяемые в работе методы исследования и методики экспериментов, оборудование, материалы обрабатываемых образцов, средства измерения и контроля изучаемых процессов деформации и износа инструмента.

Экспериментальная часть работы выполнена как в производственных условиях ОАО «Пермский моторный завод». Использовались методики однофакторного эксперимента. Износ зубьев и выкрашивание их кромок фотографировали и измеряли с помощью различных микроскопов.

Третья глава посвящена результатам математического моделирования деформации краевой зоны детали и взаимодействия инструмента со срезаемым слоем.

В процессе резания при приближении инструмента к торцу упруго и пластически деформируется значительно больший объем материала, чем при установившемся резании. Это обусловлено уменьшением размеров срезаемого слоя по длине обрабатываемой поверхности. В краевой зоне срезаемый с поверхности слой материала представляет собой консольно закрепленную короткую балку переменного сечения с постоянно уменьшающимися размерами сечений (рис.1). В условиях резания такая «балка» находится под воздействием распределенной нагрузки от обрабатывающего инструмента, а ее противоположная сторона, являющаяся продолжением торцовой поверхности детали, имеет возможность свободно деформироваться. Изгиб «балки» вызывает деформацию и срезаемого слоя, и расположенного ниже поверхности резания материала детали, увеличивая тем самым объем деформируемого материала. Изгибные деформации краевой зоны вызывают изменения в контактном взаимодействии инструмента со срезаемым слоем.

Технологические условия резания, меняя параметры напряжений и деформации в материале обрабатываемой детали и инструмента, не изменяют механизм деформации и взаимодействия инструмента со срезаемым слоем в краевой зоне. Поэтому достаточно изучить процессы деформации материала детали при определенных условиях резания, характеризующих процесс протягивания, от которых зависит взаимодействие инструмента и срезаемого слоя в краевой зоне. Такими условиями являются ортогональное свободное резание с минимальными скоростями резания, при которых на контактных поверхностях зуба не образуется нарост и свойства обрабатываемого материала в процессе обработки не изменяются. При скоростном протягивании температуры резания достигают величин, при которых нарост уже не образуется, а изменение свойств материала детали не влияет на характер процесса резания при протягивании, поэтому применение схемы деформирования краевой зоны с минимальными скоростями деформации вполне допустимо.

В такой постановке задачу исследования деформации краевой зоны обрабатываемой детали (рис. 1) можно рассматривать как изотермическую задачу упругопластичности. Используя соотношения теории течения в приращениях с изотропным упрочнением, требовалось определить конфигурацию тела и параметры НДС краевой зоны при различных смещениях инструмента (U = 0,25 - 1,0 мм) по оси Х2. Математическую модель процесса строили в предположении о реализации в заготовке плоско-напряженного состояния (ПНС), т.е. равенстве нулю напряжений в направлении толщины заготовки (33=13=23=13=23=0). Характеристики НДС - u( r ) - поля векторов перемещения точек тела (r - точка тела, заданная своим радиус-вектором); ( r ) - компоненты тензора деформации; ( r ) - компоненты тензора напряжений; s( r ) - степень деформации материала - определялись для материала со следующими физико-механические свойствами: уТ = 335 МПа; уВ = 560МПа; Е = 210000 МПа; = 0,3; закон упрочнения: S = 350 + 800s0,5, где s - степень пластической деформации материала образца.

Геометрия инструмента, ограниченного двумя поверхностями - передней и задней, определялась значениями переднего угла г = + 100, 00, - 100 (на рис. 1 угол г = 00) и угла б = 50.

При выполнении численных экспериментов определялось распределение интенсивности напряжений, максимальных касательных напряжений и степени деформации в краевой зоне образца при различном положении инструмента до торца детали (l0 = 2,0 - 10,0 мм), для срезаемого слоя а = 0,5 - 1,0 мм, углов сдвига, определяющего величину усадки стружки (толщину стружки b) , в = 30 - 450. По полученным распределениям строились области с одинаковыми значениями указанных параметров, в результате получали соответствующие «слайды» и картины зон пластичности, по которым и изучался механизм деформации срезаемого слоя.

Как показывают результаты численного эксперимента, при приближении зоны резания к торцу (при уменьшении величины l0 )

происходит поворот краевой зоны образца и на торце возникает зона дополнительной пластической деформации (рис.2). Дальнейшее перемещение инструмента по поверхности резания АВ (см. рис. 1).приводит к слиянию зон пластичности у режущей кромки и на торце детали, в результате чего образуется так называемый «пластический крест», определяющий дальнейшее взаимодействие инструмента со срезаемым слоем. Изгиб краевой зоны образца изменяет контактное взаимодействие инструмента со срезаемым слоем, вызывая сокращение длины контакта стружки с передней поверхностью и уменьшая суммарную величину контактных давлений (рис.3).

Рис. 3. Распределение контактного давления на передней поверхности инструмента (а = 1,0 мм)

При этом, контакт инструмента со стружкой локализуется у режущей кромки в пределах толщины срезаемого слоя (а =1 мм). Изменяется и касательное контактное давление на передней поверхности инструмента при его приближении к торцу детали. Об этом говорит распределение компонент тензора напряжений в контактных точках стружки (рис. 4). Касательная компонента тензора напряжений (Sxy) в краевой зоне меняет свой знак.

Рис. 4. Распределение компонент тензора напряжений в стружке вблизи

контактной поверхности (а = 1,0 мм; А - l₀ = 10,0 мм, Б - l₀ = 2,0 мм

Изменение контактного взаимодействия инструмента со срезаемым слоем в краевой зоне вызывает соответствующее изменение напряженно-деформированного состояния режущей части инструмента (рис. 5). Если при установившемся резании на передней поверхности инструмента наблюдаются напряжения сжатия, то в краевой зоне на ней преобладают растягивающие напряжения.

А Б

Рис. 5. Распределение первого главного напряжения в режущей части инструмента (а = 1,0 мм; А - l = 10,0 мм; Б - l = 2,0 мм)

Таким образом, в краевой зоне обрабатываемой детали происходит изменение схемы деформирования материала детали, вызванное изгибом срезаемого слоя. Результатом изменения схемы деформирования является изменение напряженного состояния инструмента, у режущей кромки которого появляются растягивающие напряжения, служащие основой для появления микротрещин и последующего разрушения режущей кромки.

Такое изменение НДС инструмента связано с образованием заусенца на торце детали. Заусенец формируется за счет материала срезаемого слоя путем его смещения ниже поверхности резания и перемещения в направлении движения инструмента. Учитывая, что в краевой зоне процесс стружкообразования прекращается и заменяется процессом среза по поверхности резания, формирование заусенца приводит к изменению направления смещения стружки по передней поверхности инструмента. В результате этого стружка перемещается по передней поверхности к режущей кромке, вызывая появление растягивающих напряжений у режущей кромки.

Из-за смещения стружки к режущей кромке инструмента на его передней поверхности возникают растягивающие напряжения, создающие предпосылки для выкрашивания отдельных фрагментов режущей кромки твердосплавного инструмента. При достижении растягивающих напряжений критических величин у кромки инструмента возникают трещины, и происходит ее хрупкое разрушение.

В четвертой главе приведены результаты работы по разработке и исследованию предложенных способов минимизации хрупкого разрушения режущих кромок зубьев твердосплавных протяжек.

Для минимизации выкрашивания кромок необходимо изменить условия деформирования материала краевой зоны детали таким образом, чтобы в зубе протяжки не возникали или возникали минимальные по значению растягивающие напряжения. С этой целью в данной работе предлагаются следующие способы минимизации последствий изменения схемы деформирования краевой зоны и отделения срезаемого слоя:

- уменьшение величины контактных нагрузок на рабочих поверхностях зуба путем уменьшения толщины срезаемого слоя;

- изменение геометрической формы краевой зоны путем создания фасок на торце детали;

- установка технологических упоров на выходном торце детали для исключения изгиба краевой зоны.

Предложенные способы по изменению геометрии краевой зоны и установке технологических упоров на торец детали изучались на модели деформации краевой зоны. Условия численного эксперимента были аналогичны условиям главы 3.

Изменение формы краевой зоны детали приводит к перераспределению напряжений, действующих в материале образца (см. рис. 6).

ц = 450

ц = 600

аб

Рис. 6. Распределение зон пластичности (а) и максимальных касательных напряжений (б) в краевой зоне с фасками на расстоянии l = 6 мм до торца детали.

При угле фаски в 450 на торце еще образуется зона дополнительной пластической деформации, которая может служить основой создания пластического шарнира. Увеличение угла ц до 600 исключает деформацию торцовой поверхности образца и на ней не образуется зона пластической деформации. Таким образом, фаска с углом ц = 600 является предпочтительней для исключения возможности пластического изгиба краевой зоны обрабатываемой детали. В этом случае отделение срезаемого слоя будет проходить по поверхности резания, что видно по расположению максимальных касательных напряжений (красного цвета), действующих в плоскости перемещения инструмента. Как нормальные, так и касательные давления на передней поверхности инструмента для ц = 600 имеют вид, характерный при установившемся резании (см. рис. 3 и 4 для случая l0 = 10,0 мм).

укороченный

упор

полный упор

Рис. 7. Распределение пластических зон (а) и максимальных касательных напряжений (б) в краевой зоне при использовании технологических упоров на расстоянии l = 3 мм до торца детали.

Использование технологических упоров также меняет схему деформации краевой зоны обрабатываемой детали (рис.7). Упор предотвращает смещение краевой зоны образца от воздействия силы резания. Использование укороченного упора приводит к тому, что пластически изгибается только срезаемый слой. При установке упора, перекрывающего размеры срезаемого слоя, изгиба

не происходит, срезаемый слой в краевой зоне получает практически равномерную деформацию, как по толщине, так и по длине. При этом на передней поверхности инструмента действуют сжимающие напряжения, как и при установившемся резании.

Таким образом, предложенные способы изменения условий деформирования краевой зоны обеспечивают сохранение схемы нагружения передней поверхности режущей части инструмента, при которой в районе кромки действуют сжимающие напряжения и условия для выкрашивания и разрушения режущей кромки не возникают.

Использовались одно- и двузубые модели протяжек, оснащенные твердосплавными пластинками из ВК8. Обработке подвергались образцы из сплавов на никелевой основе ХН56ВМКЮР и ХН35ВТЮ-ВД как с использованием упоров, так и без них. Результаты эксперимента представлены на рис. 8. Фотографии показывают, что износ зубьев имеет неравномерный характер. Без использования технологического упора из чугуна удалось сделать не более 40 резов и зубья протяжки выкрошились. Установка чугунного упора позволило сделать 800 резов одним зубом, при этом наблюдается равномерный износ по задней грани. Таким образом, изменение условий деформирования краевой зоны образца за счет использования чугунного упора позволило повысить стойкость протяжки в условиях эксперимента в 40 раз. При обработке образцов из сплава ХН35ВТЮ-ВД стойкость протяжки увеличилась более чем в 10 раз.

Исследование влияния геометрии выходного торца обрабатываемой детали на деформирование краевой зоны и создание условий, исключающих выкрашивание кромок зубьев твердосплавных протяжек, проводилось при обработке лопаток из сплавов ХН35ВТЮ-ВД и ВЖЛ-14. Результаты стойкостных испытаний показаны на рис. 9. Как видно из графика, увеличение угла фаски ц с 00 до 600 (уменьшении угла W с 900 до 300) на выходном торце детали увеличивает длину обработанной поверхности с 15 м до 80 м, т.е. прирост в 5 раз при одинаковом износе по задней грани зуба hЗ = 0,2мм.

Таким образом, экспериментальная проверка предложенных способов повышения стойкости твердосплавных протяжек показала их эффективность.

Рис. 9. Влияние геометрии выходного торца

детали на длину протянутой поверхности при равной величине износа hз = 0,2 мм.

В шестой главе редставлены рекомендации по применению предложенных способов повышения стойкости твердосплавных протяжек при обработке деталей авиационных газотурбинных двигателей. Для эффективного применения технологических упоров в данной главе приводятся обоснование использования материала упоров. Прочность и размеры упора должны отвечать определенным требованиям: материал должен быть менее прочным, чем обрабатываемый материал, но его прочность должна быть достаточной для обеспечения плотного контакта с обрабатываемой деталью при воздействии на него силы резания от приближающегося зуба протяжки. Другим требованием является тип стружки, образующийся в процессе резания. При обработке труднообрабатываемых материалов наблюдается сливная стружка, поэтому для упора необходим материал, дающий или элементную, или стружку надлома для исключения приваривания стружки к зубу протяжки при выходе его из контакта с деталью. Этим требованиям отвечают чугунные упоры СЧ21-40, толщиной не менее 10 мм. При этом чугунные упоры должны обладать твердостью, равной (0,7- 0,8)НВ обрабатываемой заготовки.

Для заготовок деталей, геометрическая форма которых позволяет перед операцией протягивания выполнить на выходном торце фаски, разработаны рекомендации по выбору оптимальных значений параметров фаски.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Причиной хрупкого выкрашивания режущих кромок зубьев твердосплавных протяжек при обработке деталей из труднообрабатываемых материалов является изменение схемы деформирования материала детали в краевой зоне и смена процесса стружкообразования на процесс среза оставшейся части срезаемого слоя.

2. Изгиб краевой зоны детали приводит к перераспределению напряжений как в материале детали, на контактных поверхностях зуба протяжки, так и в самом зубе протяжки, создавая условия для смещения стружки к режущей кромке инструмента.

3. Смещение стружки к кромке инструмента вызывает появление растягивающих напряжений у самой кромки, величина которых, при определенных условиях, может достигать критических величин, достаточных для выкрашивания фрагментов кромки.

4. Для повышения стойкости твердосплавных протяжек разработаны способы уменьшения последствий изменения схемы деформирования материала краевой зоны и отделения срезаемого слоя, позволяющие минимизировать их влияние на хрупкое разрушение кромок зубьев.

5. Экспериментальная проверка предложенных способов показала эффективность применения метода управления деформированием материала в краевой зоне обрабатываемой детали путем создания определенной геометрии выходного торца детали и использования технологических упоров. Создание фаски с углом ц = 600 на выходном торце детали из сплава ХН35ВТЮ-ВД позволило получить пятикратное увеличение стойкости твердосплавных протяжек, зубья которых изготовлены из ВК8. Установка чугунных технологических упоров резко сократило выкрашивание режущих кромок и многократно (до 20 раз) увеличило длительность работы протяжки при обработке ею деталей из ХН56ВМКЮР.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНО В РАБОТАХ

1. Чигодаев, Н.Е. Исследование динамики резания и процесса стружкообразования при протягивании труднообрабатываемых материалов [Текст] / В.Ф. Макаров, Н.Е. Чигодаев // Инструмент и технологии. - 2003.- № 15 - 16. - С. 150 - 155.

2. Чигодаев, Н.Е. 25-летний опыт применения оптимального резания при скоростном протягивании деталей ГТД на ОАО «Пермский моторный завод» [Текст] / В.Ф. Макаров, К.А. Анисимов, Н.Е. Чигодаев, Д.И. Токарев // Оптимизация и управление процессом резания, мехатронные станочные системы: сб. тр. междунар. науч.-техн. конф. - Уфа: БашГУ, 2004. - С. 27 - 32.

3.Чигодаев, Н.Е. Исследование динамики процесса скоростного протягивания труднообрабатываемых материалов в нестационарных условиях резания [Текст] / В.Ф. Макаров, Н.Е. Чигодаев // Динамика технологических систем: сб. тр. VII междунар. науч. - техн. конф. (ДТС - 2004) - Саратов, 2004. - С. 263 - 264.

4. Чигодаев, Н.Е. Влияние нестационарных условий резания при протягивании на хрупкое разрушение твердосплавных протяжек [Текст] / В.Ф. Макаров, Н.Е. Чигодаев // Современные тенденции развития автомобилестроения в России: в 5т. - Т.4. Технические процессы и материалы для упрочнения и ремонта деталей и узлов: сб. тр. всеросс. научн. - техн. конф. с междунар. участием - Тольятти: ТГУ, 2004. - С. 9 - 14.

5. Чигодаев, Н.Е. Моделирование процесса пластического формирования заусенцев при протягивании [Текст] / В.Ф.Макаров, Н.Е. Чигодаев, Д.И. Токарев // Оптимизация и управление процессом резания, мехатронные станочные системы: сб. тр. междунар. научн. - техн. конф. - Уфа: БашГу, 2004. - С. 33 - 38.

6. Чигодаев, Н.Е. Исследование адгезионного износа и разрушения твердосплавных протяжек [Текст] / В.Ф. Макаров, Н.Е.Чигодаев, Д.И. Токарев // Инструмент и технологии. - 2004. - № 21 - 22. - С. 81 - 83.

7. Чигодаев, Н.Е. Исследование физических явлений в зоне резания при скоростном протягивании деталей ГТД [Текст] / В.Ф. Макаров, Н.Е. Чигодаев, Д.И. Токарев // Аэрокосмическая техника и высокие технологии - 2005: тез. докл. VIII научн. - техн. конф. - Пермь, 2005. - С. 94.

8 Чигодаев, Н.Е. Скоростное протягивание деталей ГТД на ОАО «Пермский моторный завод» [Текст] / В.Ф. Макаров, К.С. Анисимов, Н.Е. Чигодаев, Д.И. Токарев // Перспективные процессы и технологии в машиностроительном производстве: тез. докл. междунар. научн. - техн. конф. - Пермь: ПГТУ, 2005. - С. 95 - 97.

9. Чигодаев, Н.Е. Исследование динамики скоростного протягивания труднообрабатываемых материалов [Текст] / В.Ф. Макаров, Н.Е. Чигодаев, Д.И. Токарев // СТИН. - 2006. - № 2. - С. 29 - 32. (рецензируемое издание).

10. Чигодаев, Н.Е. Разработка и применение метода скоростного протягивания деталей из труднообрабатываемых материалов [Текст] / В.Ф. Макаров, Н.Е. Чигодаев, Д.И. Токарев // Машиностроение и техносфера XXI века: сб. тр. XIII междунар. научн. - техн. конф. в г. Севастополе 11 - 16 сентября 2006 г. в 5 т. - Т.3. - Донецк: ДонНГТУ, 2006. - С. 6 - 10.

11. Чигодаев, Н.Е. Краевые эффекты процесса резания при скоростном протягивании деталей из труднообрабатываемых материалов [Текст] / В.Ф. Макаров, Н.Е. Чигодаев // Современные организационные, технологические и конструкторские методы управления качеством: тез. юб. научн. - техн. конф., посв. 50-летию каф. «Металлорежущие станки и инструменты». - Пермь: изд-во ПГТУ, 2006. - С. 83 - 85.

Размещено на Allbest.ru