Разработка канавочных резцов с режущими пластинами из нитридной керамики для высокопроизводительной обработки деталей из закаленных сталей

Развитие промышленного потенциала России неразрывно связано с модернизацией предприятий машиностроительного профиля. Их технологическое перевооружение* предполагает значительное повышение эффективности производства на основе разработки и внедрения современных процессов. За последние десятилетия машиностроительное производство достигло значительного прогресса. Созданные высокоэффективные станочные системы позволяют повысить производительность механической г, обработки за счет высоких и сверхвысоких скоростей резания. Однако практическое использование этого потенциала значительно ограничивается эксплуатационными показателями режущих инструментов.

Новые технологии особенно востребованы для изготовления гидросистем двигателей, в состав которых входят топливные насосы высокого давления. Качество их изготовления во многом определяет экономичность и долговечность двигателей. Наиболее трудоемкой и ответственной операцией при изготовлении топливных насосов высокого давления является прорезка* малоразмерных канавок под уплотнители на втулках плунжеров. В отдельных случаях технологический процесс изготовления этих деталей включает более двадцати операций шлифования канавок в термообработанных заготовках, имеющих предварительно прорезанные канавки. Трудоемкость выполнения этих операций превышает 70% общего машинного времени. Поэтому разработка более производительных методов’прорезки канавок в деталях из закаленных сталей без снижения их качества имеет важное производственное значение.

Одним из вариантовфешения’этой задачи является применение резцов, оснащенных керамическими режущими пластинами, так как эти инструменты способны многократно* увеличить производительность чистовых операций обработки закаленных сталей. Как правило, эти операции характеризуются достаточнопростой схемой нагружения контактных площадок инструментов: При прорезке канавок генерируется сложный комплекс внешних нагрузок, который формирует в керамических пластинах неблагоприятное напряженно-деформированное состояние. Под действием этих напряжений резко увеличивается вероятность зарожденияэксплуатационных дефектовроста", трещин, износа режущих пластин: и внезапных отказов ¿-канавочных резцов: Это обстоятельство сдерживает широкое применение такого инструмента в условиях, высокого: уровням производственных требований.

В связи с этим, разработкаканавочных резцов с керамическими режущими1 пластинами для'- обработкидеталей из закаленных, сталей, способных. обеспечить замену операции шлифования на точение с многократным повышением производительности^ является актуальной, научно-технической задачей:

Целью работы являетсяразработка канавочных резцов с режущимипластинамииз нитридной керамики, обеспечивающих повышение производительности обработки деталей из закаленных сталей, на основе целевого выбора геометрии резцовсостава керамикисостава и толщины покрытия.,.

Научная новизна работы состоит в:

• в установленной взаимосвязи режимов прорезки канавок, силовых и тепловых нагрузок, геометрических параметров пластин, формыи свойств, структурных элементов керамики, состава и толщины покрытия, твердости и свойств закаленных сталей со стойкостью канавочных, резцов, интенсивностью структурных концентраторов напряжений в режущих пластинах и характером их износа;

• в построенной модели износа керамических режущих пластин при прорезке канавок в деталях из закаленных сталей, связавшей в единый процесс этапы формирования структурных концентраторов напряжений^ появления и накопления поврежденностей, роста трещин., разрушения поверхностного слоя керамики и образования очага? износа;

• в созданном алгоритме проектирования канавочных резцов, основанном на снижении интенсивности структурных концентраторов напряжений в режущей пластине за счет целевого выбора геометрии резцов, структурных элементовкерамики, состава и толщины покрытия.

Практическая ценность работы заключается в:

• методике выявления структурных концентраторов напряжений в керамических режущих пластинах для их последующего проектирования;

• оригинальной конструкции канавочного резца с режущей' пластиной'-из нитридной' керамики, предназначенного для прорезки канавок в деталях из закаленных сталей;

• технологических рекомендациях по назначению режимов-резаниядля" разработанных канавочных резцов.

Основные положения и результаты диссертационной* работы докладывались и обсуждались на всероссийских, международных и республиканских научно-технических конференциях: «Машиностроение — традиции и инновации — МТИ-2010, МТИ-2011″ (Москва, 2010,2011), „Инновации в машиностроении“ (Бийск, 2010) и. „Информационная поддержка, принятия“ решений при управлении социальными и. природо-производственными объектами» (Архангельск, 2011). Разработанные канавочные резцы с режущими пластинами из нитридной керамики награждены бронзовой медалью на Международной выставке изобретателей (Китай, 2004).

В полном" объеме диссертация заслушана" и. одобрена на совместном заседании кафедр «Технологическое проектирование», «Высокоэффективные технологии обработки» и «Технология машиностроения» ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН». По результатам исследований! опубликовано 9 работ, в том числе три статьи в журналах, входящих в перечень ВАК. Отдельные разделы диссертации используются в учебном процессе МГТУ «СТАНКИН» при выполнении практических, курсовых и дипломных проектов.