Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Повышение эффективности процесса торцового фрезерования закаленных чугунов сверхтвердыми материалами

Диссертация: Повышение эффективности процесса торцового фрезерования закаленных чугунов сверхтвердыми материалами
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Установлено, что наибольшее влияние на силы резания при фрезеровании закаленного чугуна пластинами круглой формы оказывает глубина фрезерования. Осевая составляющая Ру возрастает более интенсивно, чем радиальная составляющая Рх. При этом составляющая силы резания Рх зависит от соотношения t/sза счет увеличения глубины фрезерования происходит отклонение вектора равнодействующей в сторону… Читать ещё >

Содержание

  • Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ФРЕЗЕРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ ЛЕЗВИЙНЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ ИЗ
  • КОМПОЗИТОВ
    • 1. 1. Классификация, режущие свойства и конструкции инструментов из композитов
    • 1. 2. Сравнение работоспособности инструментов из композитов и других инструментальных материалов при прерывистом резании
    • 1. 3. Конструктивные особенности торцовых фрез, оснащённых СТМ
    • 1. 4. Напряженно-деформированное состояние режущего инструмента из СТМ и поверхностного слоя обрабатываемой детали
    • 1. 5. Влияние режимов резания на стойкость инструмента из СТМ
    • 1. 6. Напряженно-деформированное состояние поверхностного слоя и остаточные напряжения в детали при фрезеровании СТМ
    • 1. 7. Многолезвийные инструменты, оснащенные СТМ- классификация торцовых фрез
    • 1. 8. Обоснование решаемой научной проблемы, цель и задачи исследования
  • Глава II. АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО — ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ИЗ СТМ
    • 2. 1. Исследование напряженно-деформированного состояния режущего лезвия пластины методом конечных элементов
      • 2. 1. 1. Особенности анализа прочности пластин из СТМ
      • 2. 1. 2. Влияние глубины фрезерования на распределение напряжений в режущей пластине
    • 2. 2. Силы резания при фрезеровании закаленного чугуна
    • 2. 3. Исследование накопления плотности дислокаций и дефектов упаковки в режущих пластинах из композита при эксплуатации инструмента
  • Глава III. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ЗАКАЛЕННОГО ЧУГУНА
    • 3. 1. Особенности экспериментальных исследований
    • 3. 2. Определение элементов субструктуры
    • 3. 3. Исследование влияния режимов фрезерования на субструктуру поверхностного слоя
    • 3. 4. Микроструктура упрочненного слоя
  • Выводы
  • Глава IV. ИССЛЕДОВАНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЗАКАЛЕННОГО ЧУГУНА
    • 4. 1. Методика проведения исследований
    • 4. 2. Исследование шероховатости поверхностей режущих пластин

Повышение эффективности процесса торцового фрезерования закаленных чугунов сверхтвердыми материалами (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Повышение качества выпускаемой продукции машиностроительного и станкостроительного производства при интенсификации производственных процессов на современном этапе может быть достигнуто только на основе системного подхода к комплексным исследованиям процесса механообработки, режущего инструмента и металлорежущего оборудования.

Значительное повышение производительности при чистовой и финишной обработке достигается благодаря использованию режущих инструментов, оснащенных поликристаллами сверхтвердых материалов (СТМ) на основе кубического нитрида бора. Композиты практически инертны к черным металлам, поэтому их применяют главным образом для обработки чугунов и сталей.

Инструменты из СТМ получили распространение в промышленности, прежде всего в станкостроении, в целях предварительной и окончательной обработки заготовок из чугунов, закаленных сталей взамен традиционных твердосплавных инструментов, а также шлифования.

Внедрение инструментов из СТМ позволяет реализовать принцип концентрации операций, усовершенствовать или полностью перестроить технологию обработки, уменьшить в несколько раз основное время обработки, улучшить качество обработанной поверхности (отсутствие микротрещин и прижогов).

Статистические данные по условиям эксплуатации инструментов из композитов показывают, что фрезерование деталей из чугуна, в том числе — закаленных, фрезами с СТМ большого диаметра не нашло должного применения. По-видимому, недостаточная эффективность этих фрез связана с их относительно невысокой точностью базирования режущих пластин в осевом и радиальном направлениях. Этот недостаток проявляется, прежде всего, при чистовом фрезеровании в низкой шероховатости обработанной поверхности, которая связана с подачей на оборот фрезы. Поэтому необходимо уделить особое внимание проектированию высокоточной торцовой фрезы.

Применение фрезерования СТМ взамен шлифования при обработке базовых деталей из закаленного (токами высокой частоты) чугуна в настоящее время не нашло должного применения вследствие недостаточного исследования влияния процесса механической обработки на структуру поверхностного упрочненного слоя и его шероховатость.

В связи с усложнением форм режущих пластин, их геометрических параметров возникает необходимость углубленного изучения напряженно-деформированного состояния рабочей части инструмента с учетом особенностей параметров режимов обработки при получистовых и чистовых операциях.

Цель работы: повышение эффективности процесса торцового фрезерования закаленных чугунов СТМ путем создания конструкции торцовой фрезы и разработки рациональных режимов резания для получения заданных параметров состояния поверхностного слоя деталей.

Объект исследования: торцовые фрезы повышенной точности с механическим креплением режущих пластин, процесс формирования поверхностного слоя закаленного чугуна при фрезеровании СТМ. Научная новизна работы состоит:

— в разработке комплексной методики исследования прочности режущей части пластин из композитов, с определением влияния режимов резания на напряженно-деформированное состояние инструмента методом конечных элементов;

— в установлении ренгенографическим методом влияния силовых параметров процесса фрезерования на напряженно-деформированное состояние режущего лезвия;

— в установлении влияния условий торцового чистового фрезерования СТМ на структуру, напряженное состояние и шероховатость обработанной поверхности деталей из закаленного чугуна ТВЧ.

Автор защищает:

1. Комплексную методику исследования прочности режущей части пластин из композитов, основанную на исследовании силовых параметров процесса фрезерования, результаты иследования влияния режимов резания на напряженно-деформированное состояние инструмента методом конечных элементов и рентгенографическим методом.

2. Результаты комплексных исследований влияния режимов фрезерования СТМ на структуру й напряженное состояние обработанной поверхности деталей из закаленного ТВЧ чугуна.

3. Результаты исследования влияния параметров фрезерования на шероховатость обработанной поверхности.

Работа выполнена на кафедре технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов инженерного факультета Российского университета дружбы народов.

ВЫВОДЫ.

1. Для условий чистового фрезерования закаленного чугуна с использованием метода конечных объемных элементов высших порядков установлены зависимости, позволяющие объяснить причины зарождения трещин и выкрашивания кромок режущих пластин из СТМ: с увеличением глубины фрезерования от 0,1 мм до 1,0 мм сжимающие тангенциальные напряжения увеличиваются с 400 МПа до 800 Мпа, при этом существенно уменьшается расстояние между зонами с максимальными сжимающими и растягивающими напряжениями на передней поверхности пластины, что значительно повышает вероятность ее разрушения.

2. При увеличении глубины фрезерования значительно возрастают растягивающие нормальные напряжения сту с 30 до 220 МПа, что предположительно является причиной появления выкрашивания на режущей кромке со стороны передней поверхностина вспомогательной режущей кромке возникают растягивающие напряжения (до 50 МПа), что может служить причиной появления выкрашивания на вспомогательной режущей кромке.

3. Установлено, что наибольшее влияние на силы резания при фрезеровании закаленного чугуна пластинами круглой формы оказывает глубина фрезерования. Осевая составляющая Ру возрастает более интенсивно, чем радиальная составляющая Рх. При этом составляющая силы резания Рх зависит от соотношения t/sза счет увеличения глубины фрезерования происходит отклонение вектора равнодействующей в сторону обработанной поверхности.

4. Влияние подачи на силу резания меньше влияния глубины фрезерования, так как силы на передней поверхности инструмента возрастают не прямо пропорционально толщине среза, а в результате уменьшения степени охрупчивания срезаемого слоя.

5. Существуют две достаточно чувствительные рентгеновские характеристики структурно-кристаллических изменений на режущей поверхности пластины из композита: ширина дифракционных линий (для определения плотности дислокаций) и смещение дифракционных линий (для определения пластически-деформированного упрочнения).

6. Разработана конструкция сборной торцовой фрезы с режущими пластинами из СТМ круглой формы, отличающаяся повышенной точностью базирования пластин и технологичностью.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В.А., Алексеев Г. А. Резание металлов и режущий инструмент. Машиностроение, 1967.- 500 с.
  2. Ю.Д. Рентгенография в физическом металловедении. -М. -.Металлургиздат, 1961.-277 с.
  3. К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов: Пер. с англ. М., 1982.
  4. В.М., Кацев П. Г. Испытания режущего инструмента на стойкость. М. Машиностроение, 1985.- 130 с.
  5. А.И. Прочность и надежность режущего инструмента. -Тбилиси: Сабчота Сакартвело, 1973.- 302 с.
  6. В.Г., Грановский Г. И., Зорев Н. Н. Развитие науки о резании металлов М.: Машиностроение, 1967.- 416 с.
  7. В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975,-344 с.
  8. .Н., Кудряшов Е. А. Чистовое растачивание чугуна инструментом из эльбора-Р и исмита //Киев: Наукова Думка, Синтетические алмазы, 1977, N 1.-С. 23−24.
  9. Г. В. Направления развития режущего инструмента из синтетических сверхтвердых материалов.// Станки и инструмент. 1986.-№.-с. 15−17.
  10. Г. В. Металлорежущий инструмент из синтетических сверхтвердых материалов. // Технология, оборудование, организация.-М.: ВНИИТЭМР, 1986.-48 с.
  11. Г. В. Высокопроизводительный лезвийный инструмент из сверхтвердых материалов и его применение (зарубежный опыт).- М.: ВНИИТЭМР, 1988, — 56 с.
  12. Г. В., Молодых С. У. Современные технологические процессы обработки деталей режущими инструментами из сверхтвердых материалов. М.: НИИМАШ, 1984. -с. 210.
  13. Г. В. Лезвийный инструмент из композита.-М.:НИИМАШ, 1979, — 52 с.
  14. Г. В. Высокопроизводительный лезвийный инструмент из сверхтвердых материалов и его применение (зарубежный опыт) //: Обзор. / ВНИИТЭМР М., 1988. — 56 с. — (Вып. 2).
  15. С.М. Температурное разрушение твердосплавных инструментов при прерывистом резании. // Режущие инструменты. М.,-1979.- N 14.-с. 11−12.
  16. ВереЩака А.С., Волин Э. М., Вахид X. Режущие инструменты с композиционными покрытиями для обработки различных конструкционных материалов//®- естник машиностроения, М.:1984, № 8.- с.32−35.
  17. А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение, 1993. — 336 с.
  18. .И., Ховах Н. И., Селезнев JI.H. Точение сталей и чугунов резцами из амборита.// Сверхтвердые материалы. Киев: ИСМ, 1981, N5, — С. 27.
  19. С.С., Расторгуев J1.H., Скаков Ю. Д. Рентгенографический и электроннооптический анализ. М.: Металлургиздат, 1970.-329 с.
  20. Г. И., Грановский В. Г. Резание металлов. М.: Высшая школа, 1985.-304 72. Гречишников В. А., Щербаков В. Н. Подсистема автоматизированного проектирования режущих инструментов // Станки и инструмент. — 1987.-№ 1.-С. 17−18.
  21. В.Б., Филиппов А. П. Оптимизация элементов конструкций по механическим характеристикам. Киев: Наукова думка, 1975.- 178с.
  22. B.C., Зиновьев Н. И., Миранцов C.JL. Особенности расчета прочности режущих элементов сложной пространственной конфигурации. //Резание и инструмент в технологических системах. Харьков: ХГПУ, 1999-с.31−34.
  23. Двухслойные сменные многогранные пластины Томал-10 качественно новая группа инструментальных материалов: Рекламный материал // Вестник машиностроения. 1990. — № 1. — С. 80.
  24. Jl.Г. Фрезерование закаленной стали и чугуна торцовыми фрезами из компоэита-01 // Высокопроизводительный инструмент из СТМ и области его применения М.: 1976.
  25. А.Н. Особенности обработки высокоточных отверстий корпусных деталей резцами из синтетических сверхтвердых материалов. //Алмазы и сверхтвердые материалы. М.: 1979, — № 11, — с. 16−19.
  26. Ю.М. Эффективность механической обработки упругодемп-фированными инструментами. // Технология, оборудование, организация. М.: ВНИИТЭМР, 1987.- 46 с.
  27. И.Г. Вибрации при обработке лезвийным инструментом. -JI.Машиностроение, 1986.- 180 с.
  28. В.П., Боровский Г. В., Музыкант Я. А. и др. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение. М: Машиностроение, 1987.- 320 с.
  29. И.П. Эффективность обработки инструментов сверхтвердыми материалами. М.: Машиностроение, 1982 — 223 с.
  30. О.В. Метод конечных элементов в технике: Пер. с англ. М., 1975:
  31. И.И., Нижник С. Б., Погребняк А. Д. и др. Влияние обработки из гексанита-Р на структурное состояние поверхности и сопротивление ус-талостности низкоотпущенных углеродистых сталей. Киев.: Сверхтвердые материалы, 1980.- N6.- с. 46−51.
  32. Ю.Г. Исследование прочности сцепления стружки с инструментом при прерывистом резании. // Станки и инструмент. М., 1973.-N 4.-с. 36−37.
  33. А.С., Ипполитов Г. М., Музыкант Я. Д. Лезвийный инструмент из эльбора-Р и его применение. М.: НИИМАШ, 1974.- 56 с.
  34. Г. Г., Бочко А. В. и др. Высокопроизводительные инструменты из гексанита Р.- Киев.: Наукова думка, 1986.- 136 с.
  35. П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента М.: Машиностроение, 1974.- 240 с.
  36. М.И. Резание металлов.- Машгиз, 1958.- 454 с.
  37. М.И. Системный подход при решении вопросов конструирования и эксплуатации режущего инструмента. // Вопросы обработки металлов резанием. Иваново.- НЭИ, 1978.- с. 3−10.
  38. К.С., Горчаков J1.M. Точность обработки и режимы резания. -М.: Машиностроение, 1976.- 144 с.
  39. Конструкции и эксплуатация резцов, оснащенных СТМ на основе нитрида бора.: Методические рекомендации. -М.: ВНИИТЭМР, 19 877- 71 с.
  40. .А. Силы, остаточные напряжения и трение при резании металлов, — Куйбышев: Куйбышевское книжное издательство, 1968.- 180 с.
  41. .А. О влиянии параметров обработки на силы, действующие по задней поверхности инструмента. // Вестник машиностроения.-М., 1989.-N6,-с. 41−43.
  42. Е.А. Лезвийные сверхтвердые материалы (обработка прерывистых поверхностей деталей из черных металлов).- Иркутск: Изд-во ИГУ, 1987, — 72 с.
  43. Е.А., Гапонов Ю. Н. Исследование поверхностного слоя деталей, обработанных прерывистым резанием. // Станки и инструмент. -М.- 1980.-№.- с. 28−29.
  44. Е.А., Бабешко В. Н. К вопросу оптимизации процессов обработки черных металлов композитами. // Вестник машиностроения, М.: 1993, № 12 с. 27−29.
  45. Е.А. Влияние ударной нагрузки на качество обработки деталей резцами из гексанита-Р //М.: Станки и инструмент, 1984, N 4.-С.25−26.
  46. С.И., Юликов И. И. Проектирование режущей части инструмента с применением ЭВМ. М.: Машиностроение, 1980. — 208 с.
  47. А.Д., Эдельсон А. З. Рациональное использование режущего инструмента. М.:ВНИИТЭМР, Серия 2. Выпуск 1, 1986, — 56 с.
  48. Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. -М.: Машиностроение, 1982.- 320 с.
  49. В. С., Букин В. А., Глаговский Б. А. и др. Эльбор в машиностроении. -Л.: Машиностроение, 1978.-280 с.
  50. А.Д. Оптимизация процесса резания. М.: Машиностроение, 1976.-278 с.
  51. А .Я. Вопросы качества режущих инструментов. // Известия вузов. Машиностроение. Изд. МВТУ им. Н. Э. Баумана. 1979. № 11. — с. 95- 104.
  52. А.А. Технология машиностроения. J1.: Машиностроение, 1985.-496 с.
  53. А.А. Технологические методы повышения долговечности деталей машин. Киев.: Техника, 1971, — 142 с.
  54. Д.Д. Автоматизированное управление процессом обработки резанием. М.: Машиностроение, 1980.- 144 с.
  55. Методические положения по лабораторным испытаниям инструмента, оснащенного синтетическими сверхтвердыми материалами и режущей керамикой. М.: НИИТАВТОПРОМ, 1987. — 32 с.
  56. Т.П., Толмачевский Н. Н. Технология машиностроения. -М.: Машиностроение, 1990.-288 с.
  57. Номенклатура режущего инструмента из минералокерамики и сверхтвердых материалов на основе нитрида бора, выпускаемого заводами Минстанкопрома. М.:НИИМАШ, 1984, — 44 с. — 259
  58. И.А., Филиппов Г. В., Шевченко А. Н. и др. Справочник инструментальщика. Л.: Машиностроение, 1987 — 846 с.
  59. Д. Д. Отдел очно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием.- М. Машиностроение, 1978.- 312 с.
  60. С.И. Определение напряжений в зоне стружкообразования методом линий скольжения с учетом контактных нагрузок // Изв. вузов. Машиностроение, 1987. — № 3. — С. 117−120.
  61. С.И. Проектирование режущей части инструментов из композиционных материалов // СТИН. 1997. — № 2. — С. 26−29.
  62. С.И. Оптимизация формы режущего клина лезвийных инструментов // Вестник машиностроения. 1995. — № 2. — С. 25−28.
  63. В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М.: Высшая школа, 1974, — 587 с.
  64. В. Основы теории оптимального проектирования конструкций. -М.: Мир, 1977.- 111 с.
  65. А.П. Обработка резцами из эльбора-Р среднеуглеродистых сталей, серых чугунов и высококремнистых алюминиевых сплавов. // Абразивы. М.,-1974.- N 4.- С. 12−14.
  66. А.Н. Теплофизика резания.-М.Машиностроение, 1969.- 288 с.
  67. ПР., Равская Н. С., Лапин Д. В. Проектирование резцов с механическим креплением многогранных неперетачиваемых пластин // Резание и инструмент: Сб. статей (Харьков). 1988.- № 39. -С. 3−7.
  68. A.M., Еремин А. Н. Элементы теории процесса резания металлов,— М.: Машгиз, 1956.-319 с.
  69. Г. Н., Арбузов О. Б., Боровой Ю. Л. и др. Металлорежущие инструменты. М.: Машиностроение, 1989.- 328 с.
  70. Силы резания и методы их определения: Учеб. пособие / Под ред. Ю. А. Розенберга. Курган.: Изд-во КМИ, 1995. — 129 с.
  71. В.А. и др. Использование эльбора-Р при ремонте базовых деталей металлорежущих станков // Химическое и нефтяное машиностроение,-1984.-№ 12.
  72. Ю.М. Проектирование технологии.- М.: Машиностроение, 1990.-416 с.
  73. Ю.М., Митрофанов В. Г., Протопопов С. П. и др. Адаптивное управление технологическими процессами, 1980.- 536 с.
  74. А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов.-М. Машиностроение, 1981.- 182 с.
  75. А.А., Васильев Н. Г. Планирование эксперимента. -Свердловск.: Изд-во УПИ, 19 757- 207 с.
  76. В.К. Дислокационные представления о резании металлов. М.: Машиностроение, 1979. -160 с.
  77. В.К. Технологические методы повышения надежности обработки на станках с ЧПУ. М.: Машиностроение, 1984.- 118 с.
  78. A.M., Евстигнеев М. И. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов. М.: Машиностроение, 1974, — 244 с.
  79. Н.В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1991. -240 с.
  80. Типовые технологические процессы обработки деталей лезвийным инструментом из композита: Методические рекомендации. -М.:НИИМАШ, М.:ВНИИТЭМР, 1986.- 207 с. 1980,-180 с.
  81. Е.М. Резание металлов.- М.: Машиностроение, 1980. -263 с.
  82. Я.С. Рентгенография металлов. М.: Металлургиздат, 1967.188 с.
  83. Г. Л. Прочность режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1975, — 168 с.
  84. Эффективное применение режущего инструмента, оснащенного синтетическими сверхтвердыми материалами и керамикой в машиностроении: Методические рекомендации, — М. ВНИИТЭМР, 1986.-207 с.
  85. М.И., Горбунов Б. И., Колесов Н. В. Проектирование и производство режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1987.-296 с.
  86. А.В., Слободяник П. Т. Теплофизика механической обработки.-Киев-Одесса: Лыбидь, 1991.-240 с.
  87. П.И. Основы резания металлов и режущий инструмент. -Минск.: Высшая школа, 1975.- 599 с.
  88. П.И., Еременко М. Л., Фельдштейн Е. Э. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах.- Мн.: Высшая школа, 1990.- 512 с.
  89. Advanced ceramic materials for metal cuttun. / T.B. Troczynski, D. Ghoch, S.Dos. Custa, J.K. Jarobs // Proc. Int. Sump. Adv. Struct. Mater., Montreol. Aug. 28−31, 1988 -New York etc., 1989 P. 157−168.
  90. A.X. Xiaoh., H.S. Jong. Effect of rohisker opientution on toughening benariour and cutting performance of SiSw-A1203 composite // Mater. Sci. and Technol. 1992. — V. 9, № 2. — P.21−25.
  91. Die Fertigung von Wenderschneidplatten und Sonderwerkzengen mit CAD/CAM Sistem / Bispung R. // Werstottstechnik. — 1991. — Bd 81. № 4. -S.203−207.
  92. Coromant Turning Tools 93/94: Catalogue.- Sandvikcn: AB Sandvik Coromant, 1993.- 576 p.301
  93. Coromant Rotating Tools 94/95: Catalogue. Sandviken: AB Sandvik Coromant, 1994.- 584 p.1. Рекомендациипо выбору режимов чистового фрезерования закаленных чугунов фрезами, оснащенными режущими элементами из композита 05.
  94. В случае, если фрезерование предшествует окончательному шлифованию, при выборе режимов фрезерования следует пользоваться приведенной ниже таблицей.
  95. Припуск под шлифование, мм Подача s, мм/зуб. Глубина резания t, мм Толщина упроченного слоя, мкм0,2−5-0,4 0,08*0,1 0,8*1,0 8500,1*0,2 0,06*0,08 0,6*0,8 5000,1 0,01*0,02 0,1*0,2 250
  96. При указанных значениях подачи s и глубины фрезерования t после шлифования в подповерхностном слое сохраняются остаточные напряжения сжатия и деформационно-упроченные слои материала.
  97. При этом скорость резания, как и в предыдущем случае, следует выбирать по характеристикам станка и стойкости инструмента.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!