Повышение производительности и качества обработки тел вращения из титановых сплавов методом высокоскоростного фрезерования и фрезоточения

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

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 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 физико-механических 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 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.