Разработка конструкции и технологии изготовления клеесборного алмазного инструмента с унифицированными режущими элементами, полученными методом электроимпульсного прессования

В современном машиностроении проблемы повышения стойкости, надежности и эффективности использования режущего инструмента являются одними из важнейших.

Широкое применение на многих технологических операциях обработки деталей и материалов получил алмазный инструмент, который используется не только в специальном машиностроении, в частности в ракетно-космическом машиностроении, но и в других отраслях промышленности, например в строительстве и камнеобработке. Однако существующие методы изготовления алмазного инструмента имеют серьезные недостатки и ограничения, связанные как с нанесением алмазного слоя, так и с созданием корпусов инструмента, К основным недостаткам существующих методов следует отнести: возможность графнтизации алмаза, малую прочность и недостаточную адгезию алмаза и связки, высокую энергоемкость и большие временные затраты на технологический процесс получения инструмента. Предварительный анализ показал, что этих недостатков в значительной мере лишен метод электроимпульсного компактирований (прессования), однако применительно к получению алмазосодержащих композиций потенциальные возможности метода фактически не изучены. Применение клеевого соединения для крепления режущих элементов в инструменте имеет ряд положительных свойств, однако применительно к изготовлению алмазного инструмента эти преимущества практически не реализованы. Кроме того, не достаточно рассмотрены вопросы унификации режущих элементов, что также негативно влияет на технико-экономические характеристики этого вида инструмента.

Поэтому разработка нового алмазного инструмента и технологии его изготовления с более высокими потребительскими свойствами, за счет применения клееных соединений, унификации режущих элементов, полученных электроимпульсным прессованием, является актуальной задачей современной технологии механической обработки резанием.

Цель работы. Разработка конструкции и технологии изготовления клеесборного инструмента, оснащенного унифицированными режущими алмазосодержащими элементами, полученными методом электроимпульсного прессования.

Методы исследования.

Аналитические исследования проводились с использованием основных положений теории резания, физики твердого тела, сопротивления материалов теории колебаний пластин, элементов теории принятия управленческих решений (метода экспертных оценок), теории вероятностей и математической статистики.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием комплекта шумоизмерительной и акусто-эмиссионной аппаратуры, а также специальной установки для электроимпульсного прессования.

Научная новизна работы.

— Теоретически получена и экспериментально проверена зависимость изменения режущей способности предложенного клеесборного алмазного инструмента (КАИ) с унифицированными режущими элементами (УРЭ) от основных геометрических параметров: диаметра диска, диаметра УРЭ, количества^ и — расположения УЕЭВыведеншэйиЬмииент. эАЛективнпсти расположения УРЭподиаметру отрезногодиска.

— На основе термосиловых расчетов условий эксплуатации КАИ с УРЭ доказана работоспособность клеевого соединения и экспериментально определена рациональная марка применяемого клея, обеспечивающего максимальную вероятность безотказной работы клеевого соединения.

— Теоретически, на основе рассмотренной динамической модели работы КАИ, показана и экспериментально подтверждена более высокая виброустойчивость КАИ по сравнению с традиционным отрезным инструментом.

Практическая ценность работы, В результате комплекса проведенных экспериментальных, расчетных и аналитических исследований по применению, изготовлению и оснащению КАИ, были сделаны выводы о его высокой технологичности, надежности, эргономичности и экологичностн использования при обработке различных конструкционных материалов. Были рассмотрены также вопросы перспективного применения КАИ с УРЭ при обработке резанием композиционных и хрупких труднообрабатываемых материалов, на предприятиях горнодобывающей и горно-обрабатывающей промышленности, в строительстве и камнеобработке. 6.

Для реализации результатов работы разработаны и проведены экспериментальные исследования по технологии изготовления клеесборного алмазного отрезного диска, а также даны рекомендации по применению полученного инструмента в промышленности. Практическая ценность работы доказана в результате апробации экспериментальных образцов инструмента на предприятиях специального машиностроения.

1. Методы изготовления и особенности применения алмазного инструмента в сфере промышленного производства.

1. Абрамов В Н., Знаменский Г. Н., Цисарь И. А. Эффективность применения нового инструмента для обработки новых материалов: 1.I. Огранка синтетического корунда /У Порошковая металлургия (Киев), 1997. — № 9.-№ 10, С. 120−122.

2. Амелин Д. В., Рыморов Е. В. Поляченко A.B. Износостойкость порошковых покрытий, полученных электроимпульсным спеканием и наваркойПорошковая металлургия.— 1981.— № 6.— С. 60—64.

3. Анфиногенов В. И. Имитация и компенсация эксплуатационной вибрации.-М.: Машиностроение, 1996.-367с.

4. Бабад-Захряпин A.A. Дефекты покрытий.-М.:Энергоатомиздат, 1987.-69с.

5. Бакуль В. Н. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента.- М.: Машиностроение, 1975.-296с.

6. Бакуль В. Н. Синтетические алмазы в машиностроении, — Киев: Наукова думка, 1976.-351с.

7. Баланкин С. А. Электроимпульсное прессование порошковых материалов. .// Препринт: ИПМ АН УССР (Киев).-1985.-№ 6. 32 с.

8. Барзов A.A., Аринчев П. И. Исследование динамических свойств клеенных режущих инструментовМ.: Машиностроение, 1984.-29с.

9. Белый A.B. Прогрессивные методы изготовления металлорежущего инструмента.- М. Машиностроение, 1989.-55с.П.Бидерман B.JI. Теория механических колебаний: Справочник, В трех томах. -М.: Высшая школа, 1980.-Т.2.-408 с.

10. Биргер И. А., Пановко Я. Г. Прочность, устойчивость, колебания.-М.: Машиностроение, 1968.-830 с.

11. Благонравова A.A. Колебания и виброакустическвая активность машин и конструкций, — М.: Наука, 1986, — 183с., ил.

12. Богоявленский К. Н. Высокоскоростные способы прессования деталей из порошковых материалов,-Л.: Машиностроение, 1984.-168с.

13. Бойко Ю. И. Клинчук Ю.И. Дислокационный механизм твердофазного электроразрядного спекания // Порошковая металлургия.-1981, — № 3. С. 4146.

14. Боровский Б. В. Режущие инструменты из сверх твердых материалов. -М.: 1984.-56с.

15. Бадоян A.C. Борьба с вибрацией и шумами, — М.: Центр. Рос. Дом знаний, 1994.-85с.

16. Брик А. С. Шум, производимый станками, — М.: НИИМАШ, 1975.-10с.

17. Бурдун Г. Д. Методы м средства контроля качества алмазного инструмента.-М.: Машиностроение, 1979. 119 с.

18. Васин Д. А. Проектирование и эксплуатация торцевых фрез с корпусом из композиционного материала.- Тула, 1996,-14с.

19. Варкаев Е. Б. Вибродиагностика параметрического отказа режущего инструмента, — М.: Машиностроение, 1991.-16с.

20. Васильев Л. А., Белых З. П. Алмазы, их свойства и применение. -М.: Недра, 1983, 101 с.

21. Вибрации в технике: Справочник, В 6 томах.- М.: Машиностроение, 1995.-Т.6.-285 с.

22. Весницкий А. И., Крысов C.B. Возбуждение колебаний в движущихся упругих элементах конструкций И Машиноведение.-1983, — № 1. С.16−17.

23. Весницкий А. И., Крысов C.B. Особенности появления эффекта Доплера в одномерных системах с дисперсией // Волны и дифракция. -М.-1981. Т.З.- С. 291−294.

24. Вольмир A.C. Нелинейная динамика пластин и оболочек. М.: Наука, 1972.350 с.

25. Горбачев Л. П. Математическое моделирование процесса электроимпульсного нанесения твердосплавных покрытий.- М.: МИФИ, 1989.-24с. (Препринт 035−89).

26. Горделадзе A.C. Влияние факторов внешней среды на здоровье человека-Л.: 1982.-97с.

27. Григорьев В. Г. Математические модели процессов деформирования вязкопластичныхматериалов: Автореферат дисс. канд. физ.-мат. наук, — М., 1981.43с.

28. Григорьев Е. Г. Электроимпульсный способ нанесения покрытий // Вираж-центр, — 1997,-№ 2,-С.23.

29. Дорофеев К).Г. Богданченко А. И. Получение из труднодеформируемых порошковых материалов заготовок для горячей штамповки// Порошковая металлургия.-1984.-№ 2, — С. 60—64.

30. Дорофеев К).Г., Богданченко А. И. Оптимизация плотности заготовок, получаемых ЭРС из распыленных труднодеформируемых порошковУ Порошковая металлургия.-1985.— № 2.— С. 57—61.

31. Зиновьев П. А. Расчет конструкций из композиционных материалов.-М.: МГТУ, 19 85.-62с.

32. Зуев А. Х. Снижение вибраций машин. -Новосибирск, 1999. 94с.

33. Карпова Н. И. Шум и вибрация, — Д., 1976.-121с.

34. Карпова Н. И. Шум, вибрация и борьба с ними на производстве, — Л., 1979.-293с.

35. Кичингин А. Ф. Алмазный инструмент для разрушения крепких горных пород.- М.: Недра, 1980, — 159 с.

36. Кизиков Э. Д. Алмазно-металлические композиции.-Киев:ТехникаД988.-135с.

37. Клочко Н. А. Основы технологии пайки и термообработки твердосплавного инструмента. М.: Металлургия, 1981. -200с.

38. Ковальченко М. С. Теоретические основы горячей обработки пористых материалов давлением. Киев: Наукова Думка, 1980. — 227с.

39. Кольчинский М. З., Журавель Ф. П. Особенности электроразрядного спекания металлических порошков, покрытых оксидами // Исследования в области новых материалов.— Киев, 1977.— С. 166—172.

40. Коротков Ю. В. Технология склеивания и расчет клеевых соединений режущего инструмента.- М.: ОНТИ ВНИИ, 1982.-44 с.

41. Коротков Ю. В. Инструмент с вклеенными режущими элементами.- М.: НИИМаш, 1983,-67 с.

42. Коротков Ю. В. Расчет, конструкция, технология изготовления и организация внедрения клеевого режущего инструмента.- М.:НИИМаш, 1983. 56 с.

43. Крысов C.B., Сьянов С. А. Излучение упругих волн в одномерных системах движущимся источником // ПМТФ.-1981. № 1. С. 150−153.

44. Опыт электроимпульсного спекания порошков титана, меди, железа и алюминия / В. П. Курочкина, М. В. Романовский, В. П. Пулынин и др. //Спеченные конструкционные материалы, Киев, — 1976.— С. 45—50.

45. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория упругости, 4-е изд., — М.: Наука, 1987.248 с.

46. Леванновский И. А. Научные основы создания высокоэффективных инструментов для разрушения горных пород и породоразрушающих композитов: Автореферат дисс. докт. техн. наук. -М., 2000.-35с.

47. Лобанов A.B. Совершенствование технологии изготовления алмазных абразивных инструментов: Автореферат дисс. докт. техн. наук. -Тула, 1998.49с.

48. Малюшевский П. П., Голубенко Ю. Г. Разрядно-импульсная технология спекания-припекания к металлической подложке алмазосодержащих металлических порошков // Электронная обработка материалов 1996. — № 1.-С.38−41.

49. Мартынов И. Н. и др. Совершенствование и применение прогрессивных конструкций металлорежущего инструмента, — М. 1978.-44с.

50. Мешков В. В., Мышкин Н. К-, Свириденюк А. И. О методе расчета технологических параметров процесса электроспекания проводящих порошков // Порошковая металлургия, — 1984 № 3. С. 36—39.

51. Митрофанов A.B. Технология производства алмазного инструмента для обработки хрупких высокотвердых материалов // Конверсия- 1996. № 8.-С.20−22.

52. Митрофанов A.B. Ярцев В. А. Алмазный инструмент // Вираж-центр.- 1997,-№ 2, — С. 2.

53. Митрофанов A.B., Ярцев В. А. Оборудование и инструмент для очистки внутренних поверхностей труб /./ Вираж-центр, — 1997, — № 2, — С. 22.

54. Митрофанов A.B., Росляков A.B., Григорьев Е. Г. Оптимизация режимов электроимпульсного формования алмазосодержащих композитов // Научная сессия МИФИ-2000: Сборник научных трудов, В 13 томах. М.: МИФИ, 2000.-Т.9.-С. 57- 58.

55. Новиков C.B. Закономерности формирования твердосплавных покрытий электроимпульсным методом: Дисс. канд. техн. наук.— М.: МИФИ, 1989;153с.

56. Оганян А. П., Гвоздовская В.Jl., Оганян A.A. Некоторые физико-химические свойства металлизированных алмазных порошков // Сверхтвердые материалы. 1997. — № 2. — С.52−54.

57. Твердосплавный инструмент на основе карбида вольфрама со связкой Со-Ni-Re./ С. С. Орданьян, И. Б. Пантелеев, Т. В. Лукашова, A.A. ГарабаджиуУ Цветные металлы, 1997. № 9. — С.62−65.

58. Физико-механические свойства твердых сплавов на основе карбида вольфрама со связкой Co-Ni-Mn./ С. С. Орданьян, Т. В. Лукашова, И. Б. Пантелеев и др. // Цветные Металлы 1997. — № 10.-С.70−72.

59. Орлова P.C., Артамонова В. Г. Вибрация, шум и здоровье человека.-Л.: ЛСГМИ, 1988, — 74 с.

60. Пантелеев И. Б., Лукашова Т. В., Орданьян С. С. Твердые сплавы WC-Co-Ni. /У Цветные металлы, 1997. № 7. С.70−73.

61. Паранько Н. М. Вибрация, шум, ультраи инфразвук и их гигиеническое значение, — Днепропетровск, 1990.-75с.

62. Петруха П. Г. Резание труднообрабатываемых материалов. -М.: Машиностроение, 1972.-176с.

63. Влияние электроискрового легирования вольфрамового твердого сплава на его стойкость к износу и коррозии / И. А. Подчернява, А. Д. Панасюк, В. А. Лавренко и др. // Порошковая металлургия (Киев). 1999, — № 5−6.-С.42−47.

64. Пономарев П. П., Оношко Ю. А., Бухарев H.H. Инструмент для алмазного бурения геологоразведочных скважин. -Л.: Недра, 1981С. 4 12.

65. Износостойкий композиционный материал на основе бронзы, изготовленный методом электроразрядного спекания / А. И. Райченко, Л. В. Заболотный, О. Н. Рябинина, В. В. Пушкарев /У Порошковая металлургия.- 1980, — № 9. С. 6−8.

66. Райченко А. И. Влияние концентрации абразивной составляющей на механические свойства и структуру инструментального материала. изготовленного электроразрядным спеканием // Порошковая металлургия.-1985.—№ 2.-С. 77−80.

67. Райченко А. И., Карюк Г. Г., Лещинский В. И. Эксплуатационные характеристики алмазных хонинговальных брусков, изготовляемых методом электроразрядного спекания// Порошковая металлургия-1977, — № 8. С.92— 94.

68. Райченко А. И. Теоретический анализ процесса пропитки среды с сообщающейся пористостью при пропускании электрического тока // Порошковая металлургия.- 1979,—№ 8. С. 27−31.

69. Методы и оборудование для формообразования объемно-пористых анодов оксидно-полупроводниковых и оксидно-электролитических конденсаторов /К.И. Ремизова, В. И. Месеняшин, Л. С. Потехин, В. Н. Тихомиров М.: ЦНИИ Электроника, 1985.— 46с.

70. Рыбаулин В. М. Теория и технология электроимпульсного спекания порошков // Очерки по материаловедению, — М.: МАТИ, 1998. С.221−239.

71. Рыморов Е. В. Исследование и разработка износостойких порошковых материалов и технология упрочнения деталей электроимпульсным спеканием под давлением: Дисс. канд. техн. наук.— Киев, 1974.-160с.

72. Рыморов Е. В. Электроимпульсное спекание под давлением сложнолегированных износостойких материалов // Порошковая металлургия.-1974, — № 7,-С. 84—87.

73. Рябинина О. Н. Райченко А.И., Буренков Г. Л. Структурные изменения в спеченных объектах и материалах оснастки при электроразрядном спекании смесей металлических порошков // Порошковая металлургия 1976.-№ 11.-0. 16—21.

74. Санкин Ю. Н. Динамические характеристики вязкоупругих систем с распределенными параметрами, — М., 1978; 29 с.

75. Семашко H.A. Влияние факторов внешней среды на здоровье человека. М.: ММСИ, 1984;139с.

76. Влияние вибрации и импульсов тока на процесс формования порошковых смесей / М. И. Сериков, В. П. Иванов, Ю. А. Емельянов и др. // Порошковая металлургия.- 1978.-№ 2.-С. 11−16.

77. Сериков М. И., Слетков A.A., Умрихин В. М. Электроимпульсное формование пермаллоевых порошков // Порошковая металлургия.— 1978. № 12.-С. 1317.

78. Силаев А. Б. Стилянкин H.H. Клеевые соединения деталей машин и их расчет на прочность: Лекции по курсу Детали машин.-М., 1974,-12с.

79. Струк Л. И. Исследование процесса уплотнения порошков тугоплавких соединений методом электропроводности /У Порошковая металлургия.- 1966.-№ 3 .-с. 14−20.

80. Тимошенко С. П., Гудьер Дж. Теория упругости. -М.: Наука, 1979, — С. 76.

81. Третьяков В. И. Основы металловедения и технологии производства спеченных твердых сплавов. 2-е изд. — М.: Металлургия, 1976. — 528с.

82. Трофимов H.A. Защита от вибрации и шума в промышленности.- Пермь, 1999, — 144с.

83. Туманов В. И., Щетинина Е. А., Сереброва О. И. О высокотемпературной деформации твердых растворов и сплавов карбидов металлов IV VI групп с кобальтом // Твердые сплавы и тугоплавкие металлы.- 1971. № 11, — С. 6575.

84. Федорченко И. М., Францевич И. Н. Струк Л.И. Порошковая металлургия. Материалы, технология, свойства, области применения: Справочник. -Киев: Наукова думка, 1985. -624 с.

85. Филипов Г. В. Режущий инструментМ.:Машиностроение, 1980; 375с.

86. Францкевич И. Н. Сверхтвердые материалы, — Киев: Наукова Думка, 1980,-296с.

87. Фролов К. В. Вибрации в механизмах и машинахМ.: Изд-во МГТУ, 1988;70с.

88. Фролов К. В. Инфразвук, вибрация, человек. -М.: Машиностроение, 1996;368с.

89. Цыпкин Р. З. Алмазное шлифование неметаллических материалов, — М.: Машиностроение, 1978, — 57 с. 95,Черкашин Ю. А. Алмазный инструмент в камнеобработке. -Ташкент, 1 987 160 с. 96,Шишенник К. П. Составной режущий инструмент.- М.: Машиностроение, 1995.-209с.

90. Шведков E. J1., Денисенко Э. Т., Ковенский И. И Словарь-справочник по порошковой металлургии.- Киев: Наукова думка. 1982.— 272 с.

91. Эда X. Увеличение ресурса алмазного режущего инструмента сверхвысокой прочности. -1989.-Т.55, № 1, — С.161−166.

92. Raychenko A.J., Burenkov G. L, Leslichinskiv V.l. Theoretical analysis of the elementary act of electric discharge sintering // Physics of Sintering.— 1973. V.5, № 2/2.-P. 215−225.

93. Kalin B.A., Polsky V.I. Erosion and microstructure change of materials during disruption-simulation experiments in plasma accelerator// J.ofNucl. Mater.- 1995.-V.220−222. P.934−938.