Введение к работе
Актуальность работы. Развитие современной промышленности предполагает использование новых материалов, обладающих уникальными свойствами, отличными от свойств традиционных материалов. Требования, которые предъявляются к деталям различного технического назначения, постоянно изменяются: они должны обладать высокими прочностными свойствами в сочетании с малой плотностью и массой. Одним из способов достижения поставленных требований является применение композиционных стеклотекстолитовых материалов, в том числе стеклотекстолитов марок СТЭФ и др.
Наличие высокой прочности у композиционных стеклотекстолитовых материалов затрудняет их обработку резанием, возрастают требования к износостойкости и качеству подготовки режущего инструмента. Применяемый в настоящее время инструмент быстро изнашивается, теряет свою работоспособность, требует частых переточек, в результате чего, возрастают затраты на его эксплуатацию. Стала актуальной проблема изготовления инструмента, обладающего высокой работоспособностью и стойкостью, по сравнению с ранее выпускаемыми конструкциями и оптимального выбора режущего инструмента для конкретных производственных условий.
В связи с этим, все большее внимание уделяется организации технологии подготовки инструмента к работе. Этот процесс включает в себя мероприятия по систематизации имеющейся в распоряжении предприятий обширной номенклатуры инструментов. Кроме того, имеется необходимость выбора рациональной конструкции инструмента для оптимальной реализации технологического процесса обработки изделий из композиционных стеклотекстолитовых материалов. Для повышения производительности важно определить рациональные режимы обработки и обеспечить необходимую геометрию инструмента. Также существует необходимость создания новых конструкций сборного инструмента, оснащенного прогрессивными инструментальными материалами и совершенствования способов их затачивания.
Комплекс предлагаемых мероприятий актуален для народного хозяйства и позволит значительно повысить производительность обработки изделий из композиционных стеклотекстолитовых материалов, качество выпускаемой продукции и снизить ее себестоимость.
Цель работы. Совершенствование процесса подготовки режущего инструмента для обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов, включающего выбор рациональной конструкции, режимов резания и технологию его затачивания.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:
Разработка методики моделирования конструкции сборного фрезерного инструмента для обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов с целью выявления и систематизации его конструктивных особенностей.
Разработка методики сравнительного анализа фрез, позволяющей оценить конструкцию инструмента в зависимости от задаваемых производственных условий.
Исследование способов затачивания режущего инструмента, оснащенного вставками из твердых сплавов, с целью определения наиболее рационального метода, обеспечивающего высокие показатели качества и производительности обработки.
Исследование влияния режимов резания на работоспособность режущего инструмента и качество обработанной поверхности композиционных стеклотекстолитовых материалов с целью определения рациональных параметров фрезерования.
5. Разработка программного обеспечения, позволяющего создать базу данных фрезерных инструментов и провести сравнительный анализ конструкций в зависимости от задаваемых условий производства.
Методы исследования: Теоретические исследования выполнены на основе классических законов теоретической механики, теории резания и научных основ технологии машиностроения.
Экспериментальные исследования проведены на заточном станке модели ЗД642Е, модернизированном под процессы комбинированного электроалмазного шлифования с одновременной электрохимической правкой круга и под фрезерование композиционных стеклотекстолитовых материалов. Опытные образцы заточенных пластин твердых сплавов исследовались с использованием современной аппаратуры: оптического металлографического микроскопа Olympus GX-1X, растрового электронного микроскопа Philips SEM 515, оснащенного микроанализатором EDAX Genesis, комплекса для изучения топографии поверхности Zygo NewViewTM 7300, а также профилограф-профилометра «Абрис - ГГМ7». Математические модели удельного расхода круга, шероховатости заточенной поверхности и периода стойкости в зависимости от режимов резания получены на основе теории планирования экспериментов.
Достоверность: Основные научные положения, выводы и результаты, сформулированные в диссертационной работе, обоснованы и подтверждены результатами экспериментальных и производственных испытаний. Достоверность и вопроизводимость опытов - результатами статистической обработки экспериментальных данных.
На защиту выносятся:
результаты исследования методов затачивания твердых сплавов алмазными кругами на металлической связке;
результаты исследований работоспособности сборных конструкций фрез, оснащенных режущими элементами из твердых сплавов различных марок при обработке стеклотекстолита СТЭФ-1;
экспериментальные зависимости шероховатости обработанной поверхности Rmax, мощности резания N и размера фаски износа инструмента от времени фрезерования стеклотекстолита СТЭФ-1 и режимов резания;
методика сравнительного анализа конструкций сборных фрез для обработки композиционных стеклотекстолитовых материалов;
программа для составления базы данных фрезерного инструмента и проведения сравнительного анализа конструкций в зависимости от задаваемых условий производства.
Научная новизна:
предложена методика моделирования сборного фрезерного инструмента, позволяющая систематизировать и описать его конструктивные особенности;
предложена оригинальная методика сравнительного анализа, позволяющая выявлять рациональную конструкцию сборного инструмента в зависимости от критериев, наиболее значимых для заданных условий производства;
разработано новое устройство для осуществления комбинированного электроалмазного затачивания с непрерывной правкой круга, обладающее технической новизной и имеющее мировой приоритет, позволяющее значительно расширить технологические возможности оборудования для затачивания твердосплавного инструмента;
разработаны математические модели шероховатости заточенной поверхности и удельного расхода круга в зависимости от технологических режимов комбинированного
5 электроалмазного шлифования, позволившие установить рациональный процесс затачивания режущего инструмента;
разработаны математические модели периода стойкости от режимов обработки
стеклотекстолита СТЭФ-1 инструментами, оснащенными твердыми сплавами, позво
лившие установить рациональные режимы фрезерования композиционных стеклотек-
столитовых материалов.
Практическая ценность работы:
разработано программное обеспечение, позволяющее создать базу данных инструментов, в короткие сроки оценить параметры имеющихся конструкций и выбрать из них наиболее оптимальный вариант в зависимости от задаваемых условий производства.
предложены рекомендации по назначению технологических режимов обработки при формировании режущей кромки инструмента, позволяющие получить наилучшее качество поверхности и производительность затачивания.
предложены рекомендации по назначению режимов резания при фрезеровании композиционных стеклотекстолитовых материалов, геометрии режущей части фрез и использованию марок твердых сплавов, обеспечивающих высокую стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности.
Реализация и внедрение результатов работы:
Полученные результаты внедрены в производство и используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет», а также использованы в написании отчетов при выполнении научно-исследовательских работ в рамках полученных грантов.
Апробация работы:
Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях и семинарах с международным участием: «Механики XXI-веку» (г. Братск, 2007, 2008, 2009 гг.); «Наука. Технологии. Инновации» (г. Новосибирск, 2007 г.); «Решетневские чтения» (г. Красноярск, 2007 г.); «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-21»; «Научно-техническое творчество молодых» (г. Барнаул, 2008 г.) для победителей по программе «У.М.Н.И.К»; XXIV Всероссийской конференции «Национальное достояние России» (г. Москва, 2009 г.); Международной научно-технической конференции «ТМ-2010» (г. Воронеж, 2010 г.); Международной научно-технической конференции «Технология - 2010» (г. Орел, 2010 г.); «Современные вопросы науки - XXI век» (г. Тамбов, 2011 г.). Работа отмечена золотой медалью Международной выставки изобретений 2011 (г. Бангкок, 2011 г.); золотой медалью Международного конкурса «Качество товаров и услуг ЕВРАЗИЯ-2010»; золотой медалью Международного конкурса «Качество товаров и услуг ЕВРАЗИЯ-2009»; золотой медалью «Лучшие товары и услуги Сибири - Гемма» (2007, 2008 гг.) серебряной медалью конкурса «СИБЛЕС. ДЕРЕВООБРАБОТКА» в 2009 г., награжден дипломом II степени XXIV Всероссийского открытого конкурса научно-исследовательских, изобретательских работ обучающихся «Национальное достояние России».
Публикации: По материалам диссертационного исследования опубликовано 32 печатных работы, из них 7 статей в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК Украины, а также 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ в РОСПАТЕНТ.
Структура и объем работы:
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, общих выводов по работе, списка литературы и приложений. Основной текст содержит 190 страниц, 61 рисунок, 18 таблиц, список литературы, включающий 122 наименования.
Работа выполнена при финансовой поддержке грантов в рамках проекта 2.1.2./5996 АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 гг.)»-«Основные закономерности микроконтактных процессов комбинированной электроалмазной обработки композиционных и сверхтвердых материалов»; гранта по программе «У.М.Н.И.К.»-«Совершенствование технологической подготовки производства и методов обработки материалов», а также в рамках мероприятия 1.4. «Развитие внутрироссий-ской мобильности научных и научно-педагогических кадров путем выполнения научных исследований молодыми учеными и преподавателями в научно-образовательных центрах» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».
