Введение к работе
Актуальность. Одной из важнейших проблем в условиях автоматизированного производства является повышение технологической производительности и качества обработки резцами из сверхтвердых материалов (СТМ) на основе кубического нитрида бора за счет оптимизации по критерию наибольшей экономической эффективности (прибыли) процесса тонкого точения жаропрочных сплавов и сталей и закаленных легированных сталей до твердости HRC 35-40 на станках с ЧПУ, поддержания постоянным коэффициента запаса хрупкой прочности на режущей кромке у вершины инструмента из СТМ в процессе резания на токарном станке с ЧПУ.
По литературным данным известно, что всесторонне изучен процесс
тонкого точения закаленных конструкционных и легированных сталей до
высокой твердости HRC 55-60 резцами из СТМ. Но процесс тонкого точе
ния жаропрочных сплавов и сталей, имеющих твердость HRC 35-40, и за
каленных легированных сталей до твердости HRC 35-40 резцами из СТМ
практически не изучен. Тем более, не изучена динамическая прочность
резцов из СТМ при тонком точении жаропрочных сплавов и сталей на
станках с ЧПУ.
Обработка деталей из жаропрочных сплавов инструментами из СТМ на токарных станках с ЧПУ в условиях дестабилизирующего влияния изменяющихся повышенных силовых и температурных нагрузок характеризуется интенсификацией процессов внутриконтактных разрушений режущей части инструмента из СТМ, что обуславливает снижение размерной точности и качества поверхности, повышенные технологические потери по браку и простои оборудования, снижение производительности и технико-экономической эффективности обработки.
Одним из основных направлений в разработке теоретических основ расчета режущей части инструмента на прочность является детальное изучение распределения контактных напряжений на режущих поверхностях и в режущей части инструментов из СТМ. Создание оптимизационной модели процесса тонкого точения и расчет на динамическую прочность режущей части инструментов из СТМ позволяет определить параметры прочности в каждой точке на площади контакта резца со стружкой и в режущей части инструмента, определить на основе оптимизации режимы обработки деталей из жаропрочных сплавов инструментами из СТМ на токарных станках с ЧПУ, обрабатывающих центрах и гибких производственных модулях (ГПМ).
Цель работы. Исследование влияния на технологические показатели обработанной поверхности детали - производительность, качество, экономическая эффективность - контактных напряжений и динамической прочности резцов из СТМ при тонком точении на оптимальных экономических
режимах резания жаропрочных сплавов на станках с ЧПУ, обрабатывающих центрах и гибких производственных модулях (ГПМ).
Методика исследования. Исследования основных контактных характеристик в процессе резания инструментами из СТМ проводились на экспериментальной установке, смонтированной на универсальном токарно-винторезном станке повышенной точности модели 1И611П, в которую входили универсальный динамометр УДМ-100, отсчетный микроскоп МИР-2, установленный на'штативе, со сменными объективами от-микроскопа МИС-11, обеспечивающими цену деления измерений до 7,1 мкм, двойной микроскоп МИС-11. Измерение микротвердости поверхностей обработанных деталей и заготовок проводилось твердомером модели ПМТ-3.
Расчет распределения напряжений в режущей части инструментов из СТМ методом конечных элементов проводился в вычислительном центре на ЭВМ модели ЕС 1055М.
Создание банка данных оптимальных экономических режимов реза-.ния (карт выбора параметров режима резания) при тонком точении жаропрочных сплавов и закаленных легированных сталей до твердости HRC 35-40 резцами из СТМ на станках с ЧПУ, обрабатывающих центрах и ГПМ производилось с применением персонального компьютера модели IBM РС/АТ-ХТ.
Научная новизна состоит:
в выявлении закономерностей распределения контактных напряжений вдоль режущей кромки и по площади контакта резца из СТМ при тонком точении на оптимальных экономических режимах резания жаропрочных сплавов на станках с ЧПУ, то есть в выявлении объемного напряженно-деформированного состояния резца из СТМ;
в получении объемных эпюр контактных напряжений на передней поверхности, что дает возможность при расчете динамической прочности инструмента из СТМ учитывать неравномерность их распределения по площади контакта;
в прогнозировании величин наибольших контактных напряжений на режущих'кромках у вершин резцов из различных инструментальных" материалов до проведения силовых экспериментальных исследований в результате реализации и развития метода физической оптимизации тонкого точения жаропрочного сплава;
в разработке экспресс-метода испытаний на динамическую прочность' резцов из СТМ и других инструментальных материалов.
Практическая ценность. Определение силовых напряжений в режущих частях инструментов из СТМ при тонком точении жаропрочных сплавов на оптимальных экономических режимах резания на станках с ЧПУ
дает возможность управлять процессом нагружения инструмента при резании.
Создан банк данных (карт выбора параметров режима резания) на ПЭВМ IBM PC/AT оптимальных режимов резания для тонкого точения резцами из СТМ жаропрочных сплавов и закаленных легированных сталей твердостью HRC 35-.40 на станках с ЧПУ, обрабатывающих центрах и ГПМ.
Разработаны технологические операции тонкого точения и растачива-. ния труднообрабатываемых сплавов и сталей твердостью HRC'35-40 резцами из СТМ на станках с ЧПУ, обрабатывающих центрах и ГПМ с целью повышения качества обрабатываемых поверхностей деталей и повышения технологической производительности обработки по сравнению с многопроходным абразивным шлифованием или точением твердосплавными резцами.
Реализация работы. Результаты проведенных исследований, прогрессивные конструкции инструментов из СТМ, разработанные технологические операции обработки деталей резцами из СТМ внедрены в цехах станков ЧПУ ОАО «Тюменские моторостроители» и Тюменском электромеханическом заводе. Внедрение результатов работы в производство дало суммарный экономический эффект в 42.935 рублей (в ценах на 1 января 1990 г.).
Апробация работы. Результаты исследований докладывались на трех международных, одной Всесоюзной, двенадцати зональных, региональных, областных и внутривузовских конференциях в городах: Киев; Тольятти, Свердловск, Уфа, Курган, Тюмень. Результаты теоретических и экспериментальных исследований изложены в трех отчетах по НИР, так как соискатель был ответственным исполнителем трех научно-исследовательских хоздоговорных тем.
Структура и объем работы. Реферируемая работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы и двух приложений; содержит 151 страницу машинописного текста, 48 рисунков, 14 таблиц, 10 страниц приложений, 122 наименования литературных источников.