Введение к работе
Актуальность работы. Для обеспечения повышенных
эксплуатационных характеристик при создании современных газотурбинных
двигателей (ГТД) в их конструкции закладывают большое количество новых
узлов и деталей сложной конфигурации. Усложняются конструкция дисков
турбины и компрессора, увеличивается степень и форма закрутки пера
лопаток. Для лезвийной обработки сложнопрофильных деталей на
современных мехатронных станочных системах необходима высокая степень
управления и контроля резания соблюдая принципы внутренней и внешней
оптимизации. Анализ технологических схем и конструктивных
особенностей обработки изделий сложной конфигурации, используемых в
авиационном двигателестроении и других отраслях показывает, что
большинство поверхностей данных деталей точатся при непрерывной
прогнозируемой переменности нескольких, иногда одного параметров резания.
Обычно эти детали изготовлены из жаропрочных и труднообрабатываемых
материалов. Высокая интенсивность износа инструмента дестабилизирует
параметры процесса резания. Ухудшает качества обрабатываемой детали.
В условиях нестационарного резания режимы обработки обычно назначаются по предельным величинам изменяемых факторов, вероятной стойкости режущего инструмента, точности и качества обработанной поверхности деталей.
Проведенный анализ теоретических и экспериментальных исследований показывает, что нестационарное резание недостаточно изучено из-за сложившихся предположений о негативном влиянии изменения режимов лезвийной обработки на стойкость инструмента, стоимость и качество обрабатываемых деталей, сложностью составления математических моделей, достаточно точно описывающих динамические условия контактных процессов.
В связи с вышеизложенным, управление режимами резания и воздействие на нестационарную токарную обработку изделий из труднообрабатываемых материалов является важной научной задачей.
Актуальность работы подтверждена выполнением ее в рамках НИР УГАТУ и АО НИИТ в соответствии с Федеральной целевой программой № 1.
Цель работы: Повышение эффективности обработки деталей ГТД за счет установления температурного диапазона эксплуатации режущего инструмента.
Для выполнения названной диссертационной работе цели были сформулированы следующие задачи:
1. Провести анализ конструктивно-технологических факторов и
физических явлений, определяющих режимную и температурную
нестационарность лезвийной обработки.
2. Разработать температурно-энергетическую модель оценки
износостойкости режущего инструмента с учетом термоактивационного
характера накопления поврежденностей изнашиваемого объема
инструментального материала.
3. Исследовать и обосновать возможность получения температурных
зависимостей и характеристик обрабатываемости сплавов и размерной
стойкости инструмента в широком диапазоне изменения технологических
факторов с учетом возможной температурной нестационарности процесса
резания.
-
Определить граничные условия оптимизации процесса резания по температурным характеристикам (критериям) и, в связи с этим, предложить метод обоснованного установления верхней температурной границы эксплуатации инструмента при обработке крупногабаритных деталей (типа диск ГТД).
-
Провести испытание, промышленное апробирование и внедрение метода оптимизации, контроля и управления технологическими факторами механообработки в условиях режимной и температурной нестационарности.
Методы исследования. При решении выше названных задач использовались теоретические основы резания металлов, пластической деформации, теплофизики технологических процессов, термодинамики, теории подобия, износа и трения.
Была использована вычислительная техника, применялись стандартные и специальные программы для обработки результатов исследований.
Достоверность положений и выводов исследований подтверждалась соответствием полученных зависимостей экспериментальными данными и результатами производственных испытаний.
Научная новизна работы:
- Разработана температурно-энергетическая модель изнашивания
режущего инструмента в процессе лезвийной обработки и предложены
термодинамические параметры оптимизации обработки резанием жаропрочных
никелевых сплавов, с учетом критической температуры в зоне резания.
- Установлено, что при увеличении скорости резания оптимальное
значение параметра удельной энергии изменяется и существует в диапазоне
температур от опт до кр, при которых можно обрабатывать деталь, не доводя
инструмент до критического износа и не ухудшая качество поверхностного
слоя обрабатываемой детали.
- Определены взаимосвязь между инструментальной интенсивностью
износа и характеристикой удельной энергии износа, в диапазоне температуры
резания опт кр, которые позволяют выбирать режимы резания выше
оптимальных.
Практическая значимость от выполненной работы.
В результате выполненных экспериментальных и теоретических исследований:
- предложены способ и новые методы ускоренного определения
критических скорости и температур резания, позволяющие решать задачи
сокращения сроков подготовки производства и снижения трудоемкости
изготовления деталей из труднообрабатываемых жаропрочных сплавов;
- разработан методическо-информационный и программный комплекс
расчетно-экспериментального установления рациональной температуры и
скорости резания при обработке жаропрочных труднообрабатываемых материалов в диапазоне температур резания опткр.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на межвузовских, промышленных и на международных научно-технических конференциях (Уфа, 2004); (Пермь, 2006); (Уфа, 2006); (Рыбинск 2007); (Уфа 2013,2014); на второй международной конференции к 50-летию полёта Ю. Гагарина (Болгария 2011 г.).
Результаты диссертационной работы внедрены ПАО «УМПО», на АО «ОДК-Авиадвигатель».
Публикации. По диссертационным исследованиям опубликовано 24 научные работы, в числе которых 5 в изданиях, рекомендованных ВАК. Получен 1 патент на изобретение.
Структура и объем работы. В диссертацию включены введение, пять глав, состоящих из 141 страниц машинописного текста, включая список литературы из 118 источников, 14 таблиц, 72 рисунков.