На правах рукописи Селиванов Александр Николаевич ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА
advertisement
На правах рукописи Селиванов Александр Николаевич ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА ОБРАБОТКИ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ И ФРЕЗОТОЧЕНИЯ Специальности: 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки 05.02.08 – Технология машиностроения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Саратов – 2011 1 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Насад Татьяна Геннадьевна Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Шумячер Вячеслав Михайлович кандидат технических наук, доцент Царенко Марат Андреевич Ведущая организация – Волгоградский государственный технический университет Защита состоится «28» декабря 2011 г. в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д.212.242.02 в ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» по адресу: 410054, ул. Политехническая, 77., корп.1, ауд.319. С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю. А.» Автореферат разослан « » ноября 2011 г. Автореферат размещен на сайте ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»: www.sstu.ru « » ноября 2011 г. Ученый секретарь диссертационного совета 2 А.А. Игнатьев ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Развитие современной техники предполагает применение новых конструкционных материалов, обладающих высокой удельной прочностью, жаропрочностью, коррозионной стойкостью и другими специальными свойствами. Видное место среди них принадлежит сплавам на основе титана, сочетающим в себе комплекс важных физикомеханических и химических свойств, выгодно отличающих их от сплавов на основе железа, никеля, алюминия и других металлов. Замена конструкционных сталей на основе железа и алюминия на титановые сплавы (ТС) способна снизить вес изделия до 2 раз без потери прочности. Особенно это актуально в машино-, авиа-, ракето-, судостроении и энергетическом машиностроении, где общий вес изделия сказывается на экономичности машины. Несмотря на уникальные свойства, которыми обладают ТС, их широкое применение в промышленности сдерживается целым рядом проблем, возникающих при обработке резанием: • малая производительность из-за низких скоростей резания (30-40 м/мин), образование сливной стружки, наростообразование на режущем инструменте, низкая стойкость режущего инструмента в 10 и более раз (до 1 мин и менее); • высокие температуры резания (800-1000 0С и выше) вызывают высокую химическую активность титана (при температурах выше 500 0С), что приводит к окалинообразованию, охрупчиванию, наводороживанию и короблению обрабатываемой поверхности, изменению структурного состава металла, образованию прижогов и микротрещин, самовоспламенению стружки при малом сечении (t × S = 0,05 × 0,07 мм) и опасности взрыва пыли с концентрацией выше 50г титана на 1 м3 воздуха и её нагревания выше 33 0С; • образование сливной стружки вынуждает применять стружколомы, усложняющие конструкцию инструмента и геометрию режущих пластин; • использование большого количества смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС). Основными способами борьбы с вышеперечисленными проблемами является снижение режимов резания и применение большого количества СОТС, что, в конечном итоге, сказывается на производительности, себестоимости изготавливаемой продукции и состоянии окружающей среды. Разработка, изучение и внедрение прогрессивных способов обработки металлов резанием, в частности ТС, является одной из актуальных задач всей отрасли машиностроения. Более 50 % выпускаемой продукции машиностроительных предприятий относятся к деталям типа тел вращения или имеют их 3 конструктивные элементы. Обработка деталей такого типа осуществляется методом точения. Преимущества данного способа: простая кинематическая схема, легко реализуемая на практике; легкая и быстрая наладка оборудования и инструмента; высокое качество и точность обрабатываемой поверхности. Но наряду с преимуществами существуют серьёзные недостатки, которые заставляют задуматься об альтернативном способе обработки: образование сливной стружки снижает стойкость инструмента, качество и точность обрабатываемой поверхности, затрудняет автоматизацию процесса; наличие высоких температур ухудшает процесс обработки; в процессе обработки возникают большие силы резания; применение станков большой мощности; Стремление избавиться от перечисленных недостатков привело к созданию новых схем обработки тел вращения с применением многозубых лезвийных инструментов (фрез). Из основных критериев оценки эффективности резания следует, что наиболее производительными являются: – силовое резание, протягивание, точение по методу Колесова; – способы с компенсацией сил резания и применением многолезвийного инструмента; – высокоскоростное резание (ВСР). Исследованием ВСР занимались К. Саломон, В.Ф. Бобров, А. Командури, и др. Установлено, что применение ВСР способно повысить производительность обработки, стойкость режущего инструмента и качество обработанной поверхности (Ra 1,25-0,63 мкм), однако проведенные исследования касаются обработки плоских поверхностей деталей корпусного типа. Изучением обработки тел вращения с применением фрезерного инструмента занимались Г. Шпура, Т. Штеферле, В.А. Полетаев, В.Н. Воронов, В.С. Иванов и др. Авторы в своих работах рассматривают вопросы, связанные с: изучением кинематических схемам обработки, стойкостью режущего инструмента, возможностью реализации схем на практике, динамической моделью, стружкообразованием. Но исследования проводились на обычных режимах обработки с использованием конструкционных сталей. Вышеизложенное делает актуальным проведение исследований, связанных с разработкой комбинированного метода обработки деталей типа тел вращения с использованием в качестве режущего инструмента фрез и высоких скоростей резания для повышения производительности и качества обработки деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов. 4 Цель работы: повышение производительности и качества обработки деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения. Методы и средства исследований. Теоретическими основами решения поставленных задач явились методы технологии машиностроения, процессов механической и физико-технической обработки, теории вероятности и математической статистики, методы проведения экспериментальных исследований, методы математического моделирования. Экспериментальные исследования проводились с использованием многоцелевого станка модели 2206ВМФ4, пирометра мод. DT-8859, профилографа-профилометра модели «Калибр 42», микроскопа ЭПИГНОСТ. Обработка результатов измерений осуществлялась с помощью программ Grafula, Mathcad, Microsoft Excel. Научная новизна: – построена кинематико-геометрическая модель формирования профиля деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения, учитывающая кинематику процесса, режимы резания и геометрию режущего инструмента, обеспечивающая заданные параметры качества поверхности в сочетании с высокой производительностью; – разработана эффективная технология обработки деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов методом высокоскоростного фрезоточения и фрезерования, которая в сравнении с базовой обладает повышенной производительностью и более высоким качеством поверхности, что подтверждает проведенный анализ базовой и новой технологии на основе построения граф-структуры технологического процесса; – выявлены закономерности стружкообразования, определены значения коэффициента усадки стружки, исследованы температуры на обрабатываемой поверхности детали и установлено их влияние на производительность и качество обрабатываемой поверхности. Практическая ценность и реализация результатов работы Практическая ценность работы заключается: в определении производительных схем обработки; в возможности назначения рациональных режимов резания исходя из начальных условий процесса резания (схема резания, тип и геометрия режущего инструмента, качество обрабатываемой поверхности); в разработке практических рекомендаций для внедрения рассматриваемой технологии на производстве с приведением техникоэкономических расчётов, результаты переданы для внедрения на ОАО «Завод металлоконструкций» (ЗМК), ЭПО «Сигнал», ОАО «356 Авиационный ремонтный завод» (АРЗ). 5 Предложена новая технология обработки деталей типа тел вращения для авиационного машиностроения из труднообрабатываемых материалов на базе ЭПО «Сигнал», которая в сравнении с базовой обладает повышенной производительностью. Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них: 3 в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 135 наименований. Объем диссертации 140 страниц, в том числе 83 рисунка, 25 таблиц и 3 приложений. Апробация работы. Основные положения работы докладывались на 5 конференциях различного уровня: всероссийские: «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009), «Совершенствование техники, технологий и управления в машиностроении» (Саратов, 2009); региональные: «Молодые ученые – науке и производству» (Энгельс, 2008), «Синтез инноваций: направления и перспективы» (Энгельс, 2009), а также на внутривузовских конференциях заседаниях кафедры «Технология и оборудование электрофизических, электрохимических методов обработки» ЭТИ СГТУ в 2008-2011 гг. На защиту выносятся: 1. Кинематико-геометрическая модель формирования профиля деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения, обеспечивающая заданные параметры качества поверхности в сочетании с высокой производительностью. 2. Технология обработки деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов методом высокоскоростного фрезоточения и фрезерования, которая в сравнении с базовой обладает повышенной производительностью и более высоким качеством поверхности. 3. Результаты экспериментально-аналитических исследований процесса стружкообразования, температур на обрабатываемой поверхности детали и их влияние на производительность и качество. 4. Практическая реализация метода высокоскоростного фрезоточения и фрезерования в условиях машиностроительного производства. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность выбранной темы, посвященной высокоскоростному фрезерованию деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов. Сформулированы цель исследования, научная новизна работы, практическая ценность. Приведены основные положения диссертации, выносимые на защиту. 6 В первой главе проведен сравнительный анализ высокопроизводительных методов обработки труднообрабатываемых материалов, способных достичь высокого качества поверхности (Ra 2,51,25). Установлено, что эффективность применения механических методов обработки повышается за счет введения дополнительных источников энергии (вибрация, нагрев заготовки, охлаждение инструмента) в зону резания, использования СОТС, разработки новых способов и схем обработки (ВСР), разработки новых инструментальных материалов с высокими эксплуатационными свойствами. Одним из перспективных направлений современного машиностроения является ВСР, т. к. высокие режимы резания способны увеличить производительность процесса, повысить точность и качество изготавливаемой продукции. Но реализация данной технологии применительно к телам вращения, имеющим асимметрию, затруднительна из-за невозможности вращать такие детали с высокой скоростью по причине возникающего дисбаланса. Переход от токарной операции к фрезоточению позволяет решить эту проблему, т. к. скорость резания будет зависеть от скорости вращения инструмента. Во второй главе исследуется процесс формообразования деталей тел вращения на основе построения кинематико-геометрической модели. При обработке валов из ТС точением возникают проблемы, связанные с низкой производительностью, образованием сливной стружки в процессе резания, что снижает стойкость режущего инструмента, качество и точность обрабатываемой поверхности. Рис. 1. Кинематика резания токарным резцом. nД – число оборотов детали, S – подача, t – глубина резания, Rz – высота шероховатости, φ – главный угол в плане, φ’ – вспомогательный угол в плане Зависимость величины остаточных микронеровностей Rz при работе токарным резцом запишем в виде выражения (1), при этом подачу S выразим через минутную подачу Sм и число оборотов детали nД: Sм Rz nД sin( ) sin( ' ) sin( 180 ' ) (1) Одним из способов повышения производительности и стойкости режущего инструмента является применение ротационного резания (рис. 2). 7 Рис. 2. Кинематика резания ротационным резцом: nД – число оборотов детали, nР – число оборотов режущей пластины, S – подача, t – глубина резания, Rz – высота шероховатости, R – радиус режущей пластины резца Преимуществом такого метода обработки является существенное увеличение стойкости режущего инструмента за счет постоянного обновления режущей кромки инструмента и увеличение производительности из-за возможности увеличения подачи S без потери качества обрабатываемой поверхности Rz. Недостатком данного метода по-прежнему является образование сливной стружки. Решить данную проблему можно за счет разделения режущей кромки на отдельные сектора (рис. 3). Рис. 3. Кинематика резания ротационным резцом с разделенной режущей кромкой. nД – число оборотов детали, nР – число оборотов режущей пластины, S – подача, t – глубина резания, Rz – высота шероховатости, R – радиус режущей пластины резца Высоту остаточных микронеровностей Rz, образующихся в процессе обработки, можно рассчитать по формуле (2), где подачу S выразим через минутную подачу Sм и число оборотов режущей пластины nР с учетом числа режущих зубьев Z: 0,5 Sм Rz R R nР Z 2 8 2 . (2) Недостатком применения цельной режущей пластины являются сложности, связанные с ее изготовлением и поддержанием в рабочем состоянии. При поломке одного из режущих зубьев необходимо менять всю режущую пластину. Для решения всех вышеперечисленных проблем и устранения недостатков каждой из схем обработки на примере схемы токарной обработки (рис. 1) зададим резцу вращательное движение, т.е. заменим токарный резец резцовой головкой (рис. 4). Из рис. 4 видно, что обработка резцовой головкой сочетает в себе формообразование двух схем обработки: резание токарным резцом и резание ротационным резцом (рис. 1, 2). Вращательное движение режущего инструмента способствует снижению шероховатости, т. е. Rz1 → Rz2. Рис. 4. Кинематика резания резцовой головкой Для изучения кинематики процесса резания резцовой головкой воспользуемся уравнениями (1) и (2) и запишем их в виде системы 9 уравнений, решая которую можно, рассчитать режимы резания для достижения заданного качества поверхности: Sм Rz1 nД sin( ) sin( ' ) sin( 180 ' ) ; Rz1 Rz MAX 2 Rz 2 RР. Г . R Р . Г . 2 0,5 Sм Р. Г . ; Rz 2 Rz1 n Z Р. Г . По результатам анализа литературных источников и научных трудов Ю.М. Ермакова, В.Н. Воронова, В.А. Полетаева, А.Д. Захарова, П.Р. Родина, Т. Штеферле, Sandvik Coromant и др. рассматриваются возможные схемы обработки деталей типа тел вращения (валов), проанализированы принципиальные схемы обработки валов с использованием в качестве режущего инструмента фрезы. Для каждой схемы обработки исследуется процесс образования остаточных микронеровностей, получены формулы для её расчета (табл. 1), по которым проводится анализ влияния параметров обработки на высоту остаточных микронеровностей (рис. 5). а б в г Рис 5. Зависимость высоты огранки h от: а – от подачи S; б – радиуса детали Rд; в – радиуса инструмента rи; г – от углов резания , γ 10 Процесс обработки валов методом фрезерования и фрезоточения мало изучен, имеющиеся работы по данной тематике в большинстве своем носят теоретический характер, экспериментальные исследования проводились применительно к конструкционным сталям и на обычных режимах обработки. Что же касается вопроса высокоскоростной обработки валов методом фрезерования и фрезоточения из труднообрабатываемых материалов, таких как ТС, то информация отсутствует, что подтверждает актуальность выбранной темы. Используя полученные формулы (табл. 1), путем численного моделирования определены наиболее производительные схемы обработки: 1) охватывающее фрезерование; 2) фрезоточение; 3) окружное фрезерование; 4) резание вращающимися резцами. Установлено, что для всех рассматриваемых схем обработки наибольшее влияние на высоту остаточных микронеровностей h оказывает величина подачи Sz, из чего следует, что данный параметр наиболее выгодно использовать в качестве основной регулирующей величины на качество обрабатываемой поверхности. Для обработки валов методом охватывающего фрезерования (схема 1 табл. 1) необходимо применять специализированное оборудование, для схем 2-4 (табл. 1) возможно применять как специализированное, так и модернизированное оборудование. Применение схемы охватывающего фрезерования при обработке крупногабаритных валов ведёт к удорожанию и затруднению использования данной схемы обработки из-за необходимости применения фрез всё больших диаметров по мере увеличения диаметра обрабатываемых заготовок. В качестве альтернативы целесообразным будет применение схем фрезоточения и окружного фрезерования. На качество обработанной поверхности существенное влияние могут оказывать скорость резания VР и тепловые процессы, возникающие во время обработки, в связи с чем необходимо провести теплофизические исследования по определению температуры обрабатываемой поверхности детали Проведенные исследования в главе 2 позволили установить производительность схем обработки, параметры и степень их влияния на процесс формообразования. Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям изучаемого процесса обработки. Проведённая оценка схем обработки тел вращения методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения выявила наиболее производительные и перспективные схемы обработки. Одной из них является схема окружного фрезерования. Кинематика схемы обработки была реализована на многоцелевом станке модели 2206ВМФ4. Обрабатываемый материал – круглый прокат ВТ 1-0 твёрдостью HV 150 и σВ 510 МПа. Инструмент – концевая фреза. Материал режущей пластины ВК 8. Обработка производилась без применения СОТС. 11 Таблица 1 Кинематико-геометрическая модель по расчету высоты остаточных микронеровностей Кинематика процесса 1 Профиль шероховатости Формула для расчёта высоты остаточных микронеровностей 5 RZ sin 180 90 S Z rИ R Д R Д sin 180 a sin rИ 90 S Z sin 180 R Д 90 S Z 180 RД rИ R Д Обработка валов по схеме охватывающего фрезерования 2 6 RZ 10 RД 90 S Z sin 90 RД RД Фрезоточение 3 7 11 90 R 0,5 Sz 90 Sz Д sin 2 2 cos RД R Д 90 R Д 0,5 Sz rИ sin 180 a sin rИ RД RZ rИ 90 R Д 0,5 Sz sin RД Обработка валов по схеме окружного фрезерования 4 12 8 12 R Z RД2 ф2 2 RД ф cos 90 RД где: 180 S Z R Д sin R Д ф sin( ) Схема резания вращающимся резцом R Д sin( 90 ) R Д sin( ) sin( ) ; 90 180 S Z RД sin( 180 ) 1 Шероховатость Ra Коэффициент усадки стружки К Экспериментально установлено, что при использовании встречной схемы подачи инструмента происходит налипание стружки на обрабатываемую поверхность. При попутном фрезеровании наблюдались чистая поверхность и качественное удаление стружки из зоны резания. Исследовав образцы стружки и произведя шероховатости, Зависимостьзамеры шероховатости Ra от скорости установлены зависимости коэффициента усадки стружки К и резания Vp Зависимость коэффициента усадки стружки К шероховатости поверхности от скорости резания Vр Ra от скорости резания Vp (рис. 6, 7) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0 20 40 60 80 100 120 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 0 140 30 Скорость резания Vр 60 90 120 Скорость резания Vp м/мин Рис. 6. Зависимость коэффициента усадки стружки К от скорости резания Vр Рис. 7. Зависимость шероховатости Ra от скорости резания Vр Шероховатость Ra мкм Изучив полученные зависимости (рис. 6, 7), установили, что качество поверхности зависит от коэффициента усадки стружки (рис. 8). 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Коэффициент усадки стружки К Рис. 8. Зависимость шероховатости Ra от коэффициента усадки стружки К После обработки ТС ВТ 1-0 на режимах, приведенных в табл. 2, без применения СОТС с использованием встречной и попутной схем подачи инструмента проведенные исследования стружки показали, что наибольшее влияние на изменение коэффициента усадки стружки оказывает величина подачи – для попутной схемы подачи инструмента и скорость резания – для встречной схемы (рис. 9). Во всех случаях наблюдается тенденция к уменьшению деформации стружки с увеличением режимов резания. 13 Таблица 2 Режимы обработки титанового сплава ВТ 1-0 № Скорость резания Vp, м/мин 1 50 2 75 3 100 Подача Sо, мм/зуб 1,2 1,5 1,8 1,2 1,5 1,8 1,2 1,5 1,8 Глубина резания t, мм Ширина b, мм 1 4 1 4 1 4 Анализ оцифрованных профилограмм (рис. 10) с помощью корреляционной функции позволил установить коэффициенты уравнения, описывающего закон распределения остаточных микронеровностей на обрабатываемой поверхности. В общем случае такое уравнение имеет вид j E j C COS 2 k exp j , 2 T где: β – доля периодической составляющей, γ – доля случайной составляющей, Т – период (0; +∞), С, k – коэффициент, j = 0…m, m = 5%N, N – общее количество точек профилограммы, Q – доля отклонения полученного значения, %. а Vр = 15 м/мин, Sм = 30 мм/мин, t = 3 мм, b = 3 мм б Vр = 70 м/мин, Sм = 120 мм/мин, t = 3 мм, b = 3 мм в Vр = 120 м/мин, Sм = 200 мм/мин, t = 3 мм, b = 3 мм Рис. 10. Оцифрованные профилограммы обработанных поверхностей 14 Коэффициент усадки K 1 0,9 0,8 0,7 0,6 50 м/мин 0,5 75 м/мин 0,4 100 м/мин 0,3 Полиномиальный (100 м/мин) Полиномиальный (75 м/мин) Полиномиальный (50 м/мин) 0,2 1,2 1,5 1,8 Величина подачи Sz мм/зуб Коэффициент усадки К Зависимость коэффициента усадки стружки К от скорости резания Vр Зависимость коэффициента усадки стружки K от величины подачи Sz 1 0,9 0,8 0,7 1,2 мм/зуб 0,6 1,5 мм/зуб 0,5 0,4 1,8 мм/зуб 0,3 0,2 50 Скорость резания Vр м/мин а б попутная схема подачи инструментаЗависимость коэффициента усадки стружки К от скорости резания Vр Коэффициент усадки стружки К 0,85 0,8 0,75 50 м/мин 0,7 75 м/мин 100 м/мин 0,65 0,6 1,2 1,5 Величина подачи Sz мм/зуб 1,8 Полиномиальн ый (100 м/мин) Полиномиальн ый (50 м/мин) Полиномиальн ый (75 м/мин) Коэффициент усадки стружки К Зависимость коэффициента усадки стружки К от величины подачи Sz 0,55 Полиномиальн ый (1,8 мм/зуб) Полиномиальн ый (1,5 мм/зуб) Полиномиальн ый (1,2 мм/зуб) 100 75 0,85 0,8 0,75 0,7 1,2 мм/зуб 0,65 1,5 мм/зуб 1,8 мм/зуб 0,6 0,55 в 50 75 100 Скорость резания Vр м/мин Полиномиальн ый (1,2 мм/зуб) Полиномиальн ый (1,5 мм/зуб) Полиномиальн ый (1,8 мм/зуб) г встречная схема подачи инструмента Рис. 9. Зависимость коэффициента усадки стружки от режимов резания а, в – зависимость коэффициента усадки стружки K от величины подачи Sz; б, г – зависимость коэффициента усадки стружки К от скорости резания Vр; 15 На рис. 11 показаны графики, отображающие корреляционную функцию R, и закон, по которому происходит распределение шероховатости Е. Анализ коэффициентов уравнения корреляции показывает, что поверхности, обработанные высокоскоростным фрезерованием, имеют долю периодической составляющей β > 0,93 – 0,97, т.е. на 93-97% процесс высокоскоростного фрезерования является управляемым. Коэффициенты уравнения корреляции β = 0,95; Т = 0,1; С = 0,137; K = 0,1; N = 130; Q = 0,991 Ra = 0,8 а β = 0,93; Т = 0,12; С = 0,1; k = 0,2; N = 80; Q = 0,972 Ra = 0,5 б β = 0,97; Т = 0,17; С = -0,15; k = 0,3; N = 150; Q = 0,251 Ra = 0,79 в Рис. 11. Графики корреляционной функции обработанных поверхностей а – Vр = 15 м/мин, Sм = 30 мм/мин, t = 3 мм, b = 3 мм б – Vр = 70 м/мин, Sм = 120 мм/мин, t = 3 мм, b = 3 мм в – Vр = 120 м/мин, Sм = 200 мм/мин, t = 3 мм, b = 3 мм 16 По результатам проведенных теплофизических исследований были построены графики (рис. 12), из которых следует, что высокоскоростная обработка способствует существенному снижению температуры обрабатываемой поверхности детали. При прерывистом резании температура обрабатываемой поверхности детали ниже в среднем в 2,5-3 раза, чем при не прерывном. На практике это означает, что значения температур обрабатываемой поверхности детали не будут превышать температуру окружающей среды, что оказывает благоприятное влияние на формирование качества обрабатываемой поверхности за счет существенного снижения тепловой нагрузки на обрабатываемую Зависимость температуры поверхности детали t от скорости поверхность детали. резания Vp (ВТ 1 - 0) 80 77 Температура t (С) 70 66 60 53 50 40 28,3 Прерывистое резание 40 38 29,2 30 20 43 47 26,6 25 24,5 24,8 Непрерывное резание 24,2 10 100 120 150 190 240 300 385 Скорость резания Vp (м/мин) Рис. 12. Зависимость температуры поверхности детали t от скорости резания Vp Таким образом, на основе проведенных экспериментов можно заключить, что на качество обрабатываемой поверхности существенное влияние оказывают процесс стружкообразования, схема подачи инструмента, температура обрабатываемой поверхности детали. В четвертой главе разработан алгоритм расчета режимов резания, исследуются технико-экономические показатели разработанной технологии. Установлено, что в сравнении с токарной операцией обработка валов методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения позволяет повысить производительность до 4,5 раза и снизить себестоимость до 3 раз. Разработан новый техпроцесс изготовления детали «Корпус 08.130.487; -01» с ЭПО «Сигнал». Проведенные расчеты показали, что применение высокоскоростного фрезоточения при изготовлении детали «Корпус 08.130.487;-01» позволяет повысить производительность на 20%, а себестоимость снизить на 26%, что при объеме выпуска деталей в 10000 штук ведет к экономии 657 300 рублей. Экономический эффект от 17 использования нового техпроцесса при изготовлении детали «Корпус 08.130.487; -01» составит 2 429 460 рублей. Из проведенных технико-экономических расчетов следует, что применение метода высокоскоростного фрезерования и фрезоточения способно существенно повысить производительность без потери качества и снизить себестоимость. Наиболее целесообразно использовать данную технологию при обработке крупногабаритных деталей. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ В результате выполнения диссертационной работы решена актуальная научно-практическая задача повышения производительности и качества деталей тел вращения из труднообрабатываемых материалов методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения. 1. Построена кинематико-геометрическая модель позволяющая рассчитать высоту остаточных микронеровностей, учитывая кинематику процесса, режимы резания, геометрию режущего инструмента и параметры обрабатываемой заготовки, обеспечивая заданные параметры качества поверхности в сочетании с высокой производительностью. 2. Предложена эффективная технология обработки деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения. Изготовление детали «Корпус 08.130.487; -01» ЭПО «Сигнал» с использованием высокоскоростного фрезоточения позволяет повысить производительность в 1,2 раза и снизить себестоимость в 1,3 раза, что подтверждает проведенный анализ базовой и новой технологий на основе построения граф-структуры технологического процесса. 3. Экспериментальные исследования процесса формообразования качественно подтверждают преимущества высокоскоростного фрезерования и фрезоточения. Высота микронеровности на обрабатываемой поверхности не превышает 0,5-0,8 мкм. 4. Экспериментально установлено, что применение высокоскоростного фрезерования и фрезоточения позволяет снизить температуру обрабатываемой поверхности детали в 2,5-3 раза, что уменьшает тепловую нагрузку на обрабатываемую поверхность детали и снижает риск образования дефектов на ее поверхности. 5. Предложен алгоритм расчета режимов резания и программное обеспечение по определению высоты остаточных микронеровностей в зависимости от принятой схемы обработки. Программное обеспечение передано для использования ОАО «ЗМК», ЭПО «Сигнал», ОАО «356 АРЗ». 6. Приведено экономическое обоснование целесообразности применения высокоскоростного фрезерования и фрезоточения при обработке деталей типа тел вращения из труднообрабатываемых материалов. Предполагаемый годовой эффект составил 2,4 млн. руб. 18 Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ 1. Селиванов А.Н. Обеспечение качества обработки валов из титановых сплавов методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения / А.Н. Селиванов, Т.Г. Насад // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. № 3 (46). C. 55-61. 2. Селиванов А.Н. Экспериментальные исследования стружкообразования при обработке титанового сплава марки ВТ 1-0 методом высокоскоростного окружного фрезерования / А.Н. Селиванов, Т.Г. Насад // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. № 2 (56). C. 138-144. 3. Селиванов А.Н. Расчет экономической эффективности обработки валов методом высокоскоростного фрезоточения / А.Н. Селиванов, Т.Г. Насад // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2011. № 2 (56). C. 134-138. Публикации в других изданиях 4. Селиванов А.Н. Определение высоты огранки, возникающей при обработке валов фрезоточением / А.Н. Селиванов // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всерос. конф. молодых ученых: в 2 т. Т. 2. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. C. 48-49. 5. Селиванов А.Н. Преимущества методов фрезерования и фрезоточения при обработке деталей типа тело вращения / А.Н. Селиванов // Синтез инноваций: направления и перспективы: материалы конф. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. С. 35-37. 6. Селиванов А.Н. Определение высоты огранки, возникающей при обработке валов фрезерованием / А.Н. Селиванов // Исследование сложных технологических систем: сб. науч. тр. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. С. 162-165. 7. Селиванов А.Н. Повышение производительности обработки деталей типа тело вращения за счет применения многолезвийного инструмента / А.Н. Селиванов // Автоматизация и управление в машино- и приборостроении: сб. науч. тр. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2009. С. 185-187. 8. Селиванов А.Н. Современные методы повышения качества изготовления деталей из труднообрабатываемых материалов / А.Н.Селиванов // Молодые ученые – науке и производству: материалы конф. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2008. С. 196-198. 9. Селиванов А.Н. Повышение эффективности обработки сталей и сплавов резанием / А.Н. Селиванов // Автоматизация и управление в машино-и приборостроении: сб. науч. тр. Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2008. С. 192-198. 19 Подписано в печать 22.11.11 Формат 6084 1/16 Бум. офсет. Усл. печ. л. 1,0 Уч.-изд. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ 310 Бесплатно Саратовский государственный технический университет 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в Издательстве СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Тел.: 24-95-70; 99-87-39, е-mail: izdat@sstu.ru 20
