Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Повышение точности чистовой токарной обработки деталей из алюминиевых сплавов путём снижения температурных деформаций инструмента

Диссертация: Повышение точности чистовой токарной обработки деталей из алюминиевых сплавов путём снижения температурных деформаций инструмента
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Разработана математическая модель и алгоритм для расчета температурных деформаций инструмента, позволяющие оценить влияние температурных деформаций на точность обработки. Разработанная математическая модель, позволяет учитывать изменение температуры окружающей среды, теплофизические характеристики, изменение коэффициента теплоотдачи, изменение мощности резания и пр. Путем расчетов… Читать ещё >

Повышение точности чистовой токарной обработки деталей из алюминиевых сплавов путём снижения температурных деформаций инструмента (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЦЕЛЕЙ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 1. 1. Степень влияния температурных деформаций инструмента и заготовки на точность лезвийной обработки
    • 1. 2. Природа появления температурных деформаций инструмента и заготовок
    • 1. 3. Анализ работ, посвященный решению задачи теплового баланса в зоне резания
    • 1. 4. Анализ работ, посвященный температурным деформациям инструмента и заготовки
    • 1. 5. Цель и задачи исследования
  • ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
    • 2. 1. Исследуемые материалы, методы обработки и оборудование
    • 2. 2. Используемые методы измерения температурных деформаций инструмента и заготовки
    • 2. 3. Методы расчета температурного поля и температурных деформаций
    • 2. 4. Методы статистической обработки данных
  • ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ И ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ИНСТРУМЕНТА
    • 3. 1. Исследование влияния температурных деформаций инструмента и заготовки на точность обработки
    • 3. 2. Анализ распределения тепловых потоков возникающих при токарной обработке
    • 3. 3. Математическое моделирование температурного поля и температурных деформации инструмента
    • 3. 4. Выводы
  • ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ОБРАБОТКИ НА ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ ИНСТРУМЕНТА, ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
    • 4. 1. Влияние геометрических параметров инструмента на температурные деформации
      • 4. 1. 1. Влияние радиуса при вершине резца на температурные деформации инструмента
      • 4. 1. 2. Влияние переднего угла на температурные деформации инструмента .75 4.1.3 Влияние главного угла в плане на температурные деформации инструмента
      • 4. 1. 4. Влияние заднего и вспомогательного углов на температурные деформации инструмента
      • 4. 1. 5. Влияние вылета и площади поперечного сечения резца на температурные деформации инструмента
    • 4. 2. Влияние режимов резания на температурные деформации инструмента
      • 4. 2. 1. Влияние скорости резания на температурные деформации инструмента
      • 4. 2. 2. Влияние подачи на температурные деформации инструмента
      • 4. 2. 3. Влияние глубины резания на температурные деформации инструмента
    • 4. 3. Влияние окружающей среды на температурные деформации инструмента
    • 4. 4. Влияние теплофизических свойств и коэффициента линейного удлинения на температурные деформации инструмента
    • 4. 5. Расчет температурных деформаций инструмент
    • 4. 6. Проверка адекватности математической модели
    • 4. 7. Выводы
  • ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА СПОСОБА СНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ИНСТРУМЕНТА
    • 5. 1. Моделирование теплофизических свойств резца
    • 5. 2. Применение теплопроводной пасты в конструкции резца
    • 5. 3. Анализ снижения температурных деформаций за счет применения в конструкции резца теплопроводной пасты
    • 5. 4. Выводы

Одной из приоритетных задач развития нашей страны является отечественная космическая программа. При создании ракетно-космической техники нового поколения широко применяют наземные аэрогазодинамические испытания. Наземные испытания проводят на уменьшенных масштабно-весовых копиях элементов ракетно-космической техники, которые встраиваются в информационно-измерительные комплексы (ИИК), используемые при этом. Точность изготовления таких ИИК определяет точность результатов наземных испытаний. В настоящее время перед отечественным испытательным комплексом стоит цель — резко повысить точность наземных испытаний. Для достижения этой цели необходимо наладить производство высокоточных ИИК, отдельные элементы которых должны быть изготовлены по 4−5 квалитету точности. Большинство этих элементов изготавливаются из алюминиевых, в том числе специальных сплавов. В дальнейшем эти детали в составе ИИК проходят испытания в барокамере с глубоким вакуумом, что требует особого подхода при создании технологического процесса их изготовления. Особенностью данного технологического процесса, в первую очередь, является невозможность использования смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС).

Это связано с насыщением поверхностного слоя деталей элементами СОТС и с последующим выделением их в виде газа в барокамере, что не дает возможности получения достоверного эксперимента. Возникает необходимость размерной обработки без СОТС, что влечет за собой увеличение теплового напряжения в зоне резания. Вследствие чего, температурные деформации (ТД) инструмента и заготовки вырастают до значений превышающих указанные в конструкторской документации допуски.

Актуальность данной работы основывается также на тенденциях экологически чистого резания. По данным профсоюзов Германии 70% тяжелых хронических заболеваний дыхательных путей у рабочих следствие применения СОТС. Поэтому, отказ от СОТС является одной из главных задач в будущем.

Целью данной работы является повышение точности чистовой токарной обработки путём снижения температурных деформаций.

Работа выполнена в Институт конструкторско-технологической информатики РАН (ИКТИ РАН). На защиту выносятся:

1. Установленные причины появления температурных деформаций в заготовке;

2. Математическая модель для расчета температурных деформаций резца;

3. Результаты теоретического и экспериментального исследования температурных деформаций инструмента и вызванных ими погрешностей при обработке заготовок из алюминиевых сплавов;

4. Установленные закономерности влияния установочной контактной поверхности твердосплавной пластины на температурные деформации инструмента;

5. Практические рекомендации и способ снижения температурных деформаций при обработке заготовок из алюминиевых сплавов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

— разработана математическая модель расчета температурных деформаций резца при чистовой токарной обработке;

— установлены закономерности образования температурных деформаций и факторы их влияния на точность чистовой токарной обработки заготовок из алюминиевых сплавов;

— определены закономерности влияния основных характеристик установочных поверхностей твердосплавной пластины и державки на температурные деформации инструмента;

— разработан способ отвода тепла от режущего инструмента за счет применения теплопроводной пасты в конструкции резца (заявка на изобретение № 2 012 151 219 от 12.11.2012г).

Практическая значимость работы заключается в следующем:

— создана удобная, для практического применения, математическая модель расчета температурных деформаций резца;

— разработаны рекомендации по снижению температурных деформаций инструмента;

— в ходе производственных испытаний на ОАО «НПО ИТ» установлено, что использование данного способа обеспечивает снижение температурных деформаций инструмента до трёх раз.

По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них 2 статьи в изданиях, аккредитованных ВАК. Основные положения диссертации доложены на международных и всероссийских конференциях.

б.Общие выводы по диссертации:

1. Установлена зависимость температурных деформаций инструмента и заготовки при чистовой токарной обработке заготовок из алюминиевых сплавов от параметров процесса резания. При этом основное влияние на точность оказывают температурные деформации инструмента.

2. Разработана математическая модель и алгоритм для расчета температурных деформаций инструмента, позволяющие оценить влияние температурных деформаций на точность обработки. Разработанная математическая модель, позволяет учитывать изменение температуры окружающей среды, теплофизические характеристики, изменение коэффициента теплоотдачи, изменение мощности резания и пр.

3. Путем расчетов и экспериментальных исследований определено влияние температурных деформаций инструмента на точность при чистовой токарной обработке заготовок из алюминиевого сплава. Установлено, что отклонения размеров детали из-за температурных деформаций инструмента соизмеримы с допусками на деталь, а иногда и превышают их.

4. Выявлено существенное влияние геометрических параметров режущей пластины на величину температурных деформаций инструмента. Наибольшее влияние оказывает радиус при вершине резца, его увеличение с 0.3 мм до 1.2 мм приводит к увеличению температурных деформаций в два раза, с увеличением переднего угла с 20° до 25° температурные деформации растут на 17%, изменения главного утла в плане с 90° до 45°снижают температурные деформации на 36%.

5. Выявлен характер влияния формы и шероховатости установочных поверхностей режущей пластины и державки на величину температурных деформаций. Установлено негативное влияние износостойкого покрытия, на установочной поверхности режущей пластины, на теплоотвод из зоны резания.

6. Разработан способ отвода тепла от режущего инструмента путем нанесения теплопроводной пасты на установочные поверхности режущей пластины и резцедержавки. Применение данного способа, при чистовой токарной обработке заготовок из алюминиевых сплавов, снижает температурные деформации инструмента до трёх раз.

7. Производственные испытания на ОАО «НПО ИТ», разработанного способа, показали возможность снижения температурных деформаций при чистовой токарной обработке алюминиевых сплавов до трёх раз.

8. Подана заявка на изобретение «Способ отвода тепла от режущего инструмента» (№ 2 012 151 219 от 12.11.2012).

Показать весь текст

Список литературы

  1. Т. П. Повышение эффективности обработки алюминийсодержащих материалов на отделочных операциях путем применения экологически улучшенных СОТС. Кинешма 2002. с. 65−88.
  2. В.А., Алексеев Г. А. Резание материалов и режущий инструмент. Изд. 3-е, перераб. и доп. Учебник для машиностроительных техникумов. М., «Машиностроение», 1975. 440 с.
  3. Г. А. Аппаратно корреляционный анализ случайных процессов. Издательство «Энергия», Москва 1968. 159 с.
  4. Безъязычный В. Ф. Влияние температурных деформаций детали и резца на точность обработки. «Вестник машиностроения», 1993,№ 5−6.
  5. ., Уэйнер Д. Тория температурных напряжений. Перевод с английского языка Силяна Ж. С., Шорра Б. Ф. Издательство «МИР» Москва 1964.-517 с.
  6. H.A., Абдрашитов P.M., Веселова И. М. Точность производства в машиностроении и приборостроении. Под ред. Гаврилова А. Н., М., «Машиностроение», 1973. 576 с.
  7. С. А. Верещака A.C. Кушнер B.C. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учеб. для техн. вузов. М.: Статистика, 1975. — 264 с.
  8. В.В., Протасов В. Д., Болотин В. В. и др. Композитные материалы. М.: «Машиностроения», 1990. — 512 с.
  9. М.В., Весткемпер Е., Внуков Ю. М. Рабочие процессы высоких технологий в машиностроении «Харькивский державний політехнічний університет», Харьків, 1999. 436 с.
  10. A.C., Кушнер B.C. Резание материалов. Учебник М.: Высш. Шк., 2009. -535 с.
  11. A.C., Табаков В. П. Физические основы процесса резания и изнашивания режущего инструмента с износостойкими покрытиями. Учебное пособие УлГТУ, Ульяновск 1998. 144 с.
  12. В.А. Работа на ультразвуковых установках. Учебник для подготовки рабочих на производстве 2-е изд., испр., доп. М.: Высшая шк. 1984. — 192 с.
  13. В.М. Резание металлов. Издательство «машиностроение», Москва 1966.-208 с.
  14. Г. И., Грановкский В. Г. Резание металлов. Учебник для вузов. М.- «Высшая шккола» Москва 1985. — 304 с.
  15. К.В. Разработка методов повышения точности чистовой обработки и её прогнозирования на основе анализа температурных деформаций. Дис. на соискание степени канд. тех. наук. Иваново, 2007. 126 с.
  16. A.M. Теплота и износ режущего инструмента в процессе резания. -М.: Машгиз, 1954
  17. A.JI. Эстерзон М. А. Технология изготовления деталей на станках с ЧПУ и в ГПС. Учебное пособие для машиностроительных техникумов. М.: «Машиностроение», Москва 1989 — 288 с.
  18. JI. А., Бокий Ю. Ф. Металлокерамичекие конструкционные1. АТГ Т/ЛПП Т Г1 ATI ^ г Г1материалы, лп у v^v^r, ivweb 1У / Z. С. ZJ-J /.
  19. B.M., Калинина B.H., Нешумова J1.A. и др. Математическая статистика. М.: «Высшая школа», 1981.-371 с.
  20. Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. Перевод со второго английского издания под редакцией проф. A.A. Померанцева. Издательство «Наука», Москва 1964. 487 с.
  21. Ю.П., Павлов А. Ф., Белоног В. М. Пластичность и резание металлов. М.: Машиностроение, 1994. 144 с.
  22. И.А. Разработка и исследование методов повышения производительности и точности обработки на токарных станках с ЧПУ регулированием подачи. Дис. На соискание уч. степени канд. техн. наук. -Л.:ЛПИ, 1969. 19 с.
  23. A.B. Точность обработки на станках и стандарты. М.: Машиностроение, 1992. — 158 с.
  24. JI.A. Методы решения нелинейных задач теплопроводности. Издательство «Наука» Москва 1975. 227 с.
  25. К.С. Вопросы точности при резании металлов. М.: МАШГИЗ, 1961.- 134 с.
  26. B.C. Точность механической обработки. МАШГИЗ, Москва 1961.-379 с.
  27. В.К., Калинин Э. К., Дрейцер Г. А., Ярхо С. А. Нестационарный теплообмен. М., «Машиностроение», 1973. 328с.
  28. В.А., Петруха П. Г., Бруштейн Б. Е. Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки. Издательство «Машиностроение» Москва 1967.-654 с.
  29. Д.В., Янюшкин A.C. Подготовка режущего инструмента для обработки композиционных материалов: монография, Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2011.- 192 с.
  30. Т.Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.:
  31. Л Я------------------- 1 спс. по ~iviaLLmfiucipuci-mc, iy/j. — ¿-./о
  32. A.B., Берковский Б. М. Конвекция и тепловые волны. Издательство «Энергия», Москва, 1974. 335 с.
  33. Т. А. Повышение точности чистового точения путем прогнозирования и компенсации доминирующих составляющих погрешности обработки.
  34. Д.Д. Точность обработки в мелкосерийном производстве. М.: Машиностроение, 1973. — 120 с.
  35. Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. Перевод с английского по редакцией Квасова Ф. И., Строганова Г. Б., Фридляндера И. Н., «Металлурги», Москва 1979. 639 с.
  36. И.А. Теплопроводность и тел вращения. Издательство «Наукова думка», Киев 1969. 143с.
  37. В.В. Теория эксперимента. Издательство «Наука», Москва 1971.-280 с.
  38. Н.И. Теория тепломассопереноса. «Наукова думка», Киев 1983.-352 с.
  39. Н.И. Сопряженные и обратные задачи тепломассопереноса. «Наукова думка», Киев 1988. 240 с.
  40. В.Ф. Температурные деформации, возникающие в токарно-револьверных станках от внутренних источников тепла и их исследований. Машиностроение, оборудование ремонт и эксплуатация. Красноярск, 1975. 72 с.
  41. О.Г. Повышение эффективности операций хонингования на основе анализа температурных деформаций инструмента и детали: Дис. на соискание степени канд. тех. наук. Рыбинск 2004. 169 с.
  42. П.Г., Марков А. И., Беспахотный П. Д. Технология обрабтки конструкционных материалов. -М.: Высш. шк. 1991. 512 с.
  43. А. Ф. Соколов А. Методы контроля регистрации и снижения температуры и тепловых деформаций металлорежущих станков. НИИМАШ, обзор 1982.-36 с.
  44. A.C. Надежность машин. М.: Машиностроение, 1978.
  45. А. Н. Резников JI.A. Современное состояние и задачи дальнейшего изучения теплофизики резания металлов. Вестник машиностроения. № 5−6, 1993.
  46. А.Н., Резников Л. А. Тепловые процессы в технологических системах. Учебник для вузов по специальности «Технлогоия машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты». М.: «Мшиностроение», Москва 1990.-288 с.
  47. Резников, А Н. Теплофизика резания. «Машиностроение». 1969. 288с.
  48. В.Л. Исследование и прогнозирование точности надежности токарных патронных станков с ЧПУ. Автореф. дис. На соиск. Уч. Степени канд. техн. наук. -М.: МВТУ, 1959. 73−75 с.
  49. Э.В. Исследование температурных деформаций резцов. Вестник машиностроения. № 4,1959. — 73−75 с.
  50. Ю.Л. Повышение точности обработки на основе анализа температурных деформаций заготовок. Дис. на соискание степени канд. тех. наук. Москва, 1988. 164 с.
  51. С.С. Аналитический метод определения обрабатываемости резанием сталей и сплавов на основе совместного изучения механических и тепловых явлений. Вестник машиностроения, № 5−6, 1993.
  52. С.С. Метод подобия при резании материалов. М.: «Машиностроение», Москва 1979. — 152 с.
  53. Ю. М. Косов В.Г. Моделирование точности при проектировании процессов механической обработки. Митрофанов. М.: НИИМАШД984. — 56 с.
  54. Ю.Н. Температурные расчеты в станкостроении. М.: Машиностроение, 1968. — 77 с.
  55. А.П. Расчет точности обработки на металлорежущих станках. М.: МАШГИЗ, 1952. — 274 с.
  56. Справочник технолога машиностроителя Т.1. Под редакцией Косиловой А. Г., и Мещерякова. -М.: Машиностроение, 1985. 656 с.
  57. A.M. Шулов В. А. Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М: Машиностроение, 1988.-240 с.
  58. А. Г. Дальский A.M. Научные основы технологии машиностроения. -М.: Машиностроение, 2002. 684 с.
  59. А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М: Машиностроение 2000.-320 с.
  60. А.Г. Влияние температурных деформаций детали и инструмента на искажение профиля продольного сечения отверстия при развертывании. Интернет ресурс http://www.nbuv.gov.ua/portal/ natural/Npdntu/Mim/2005/14.pdf
  61. Н.В. Физические основы процесса резания и износа инструмента. Издательство «Волгоградская правда», Волгоград 1988. 129 с.
  62. Н.В. Температурно-деформационные закономерности прцесса резания. Оптимизация процессов резания жаро- и особопрочных материалов. -Уфа, 1984.
  63. Г. Н., Грачева Л. И. Термическое деформирование неметаллических деструктирующих материалов . «Наукова думка», Киев 1983.?ZLR Г1. IV/ Vi
  64. А.Т., Ф.И. Квасов Ф.И., Фридляндер И. Н. Алюминий. Перевод с англ. М., «Металлургия», 1972. 664 с.
  65. И. М., Андриевский Р. А. Основы порошковой металлургии, К. 1961. с. 18−66.
  66. В.М., Бойков Г. П., Видин Ю. В. Основы технической теплофизики. Издательство «Машиностроение-1» Москва 2004. 172 с.
  67. JI. В. Повышение эффективности производства при токарной обработке деталей подшипников. М. -ВНИПП. 1984. с. 78−104.
  68. П. И. Фельдштейн Е.Э. Корниевич М. А. Теория резания. Учебник. -Мн.: Новое знание, 2005. 512 с.
  69. П. И., Цокур А. К., Еременко Н. Д. Тепловые явления при шлифовании и свойства обработанных поверхностей. Минск: Наука и техника, 1973.- 184 с.
  70. П. И., Зайцев А. Г., Барботько А. И. Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин и приборов. Минск: Наука и техника, 1976. 328 с.
  71. Herwig Nielsen, Waldemar Hufnagel, Georg Ganoulis. Алюминиевые сплавы (свойства, обработка, применение). Перевод с немецкого под редакцией Дрица М. Е., Райтбарга J1.X., «Металургия», Москва 1979. 679 с.
  72. Monoronjak К.Р. A study of methods to minimize thermal deformation and their effect on the working accuracy of machining tools. Proc. Int. Conf. Prod. Eng., NewDehly, 1977, v. l, Calcutta, -p.98−112.
  73. Okushima K. Kakino Y. Compensation of thermal displacement by coordinate system correction. CIRP Anns., 1975, v.24. № 1. p. 327−331.
  74. L. Yunfei Z. Моделирование сил резания при фрезеровании концевой фрезой со сферической режущей частью. Huazhong ligong daxue xuebao J. Huazhong Univ. Sci. and Technol.2000. Вып.28. № 6. с.99−113.
  75. Yoshida Y. Thermal deformation of machine tools and its compensation. -CIRP Anns, № 4, 1978. P. 163−169.
  76. Руководство по металлообработке (Технический справочник фирмы «SANDVIK»).
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!