Повышение эффективности обработки отверстий в массивных деталях из полимербетонов на примере синтеграна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Велис Агуайо Алехандро Крисостомо

• Велис Агуайо Алехандро Крисостомо
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Велис Агуайо Алехандро Крисостомо

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1 Методы сверления труднообрабатываемых материалов, и

композиционных материалов

1.2 Режимы резания алмазными сверлами

1.3 Физико-механические свойства полимербетонов

1.4 Физико-механические свойства синтегранов

1.5 Особенности обработки синтеграна

1.6 Состояние исследований в области обработки полимербетонов на примере синтеграна

1.7 Выводы по главе

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЗАВИСИМОСТИ СИЛЫ РЕЗАНИЯ И ШЕРОХОВАТОСТИ ОТ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ СИНТЕГРАНА СВЕРЛЕНИЕМ

2.1 Гипотезы для получения математической модели обработки синтеграна

сверлением

2.2 Исходные свойства синтеграна для расчета математической модели:

2.3 Теоретическое определение сил, действующих при обработке заготовки

синтеграна сверлением

2.4 Определение шероховатости обработки синтеграна с использованием теории механики разрушения

2.5 Процесс образования трещин при обработке синтеграна сверлением

2.6 Выводы по главе

ГЛАВА 3. ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАБОТКИ СИНТЕГРАНА СВЕРЛЕНИЕМ

3.1 Определение области определения факторов при сверлении синтеграна

3.2 Исследование процесса сверления синтеграна твердосплавными

сверлами с комплексным модифицированием режущей части

3.3 Выводы по главе

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ СИНТЕГРАНА СВЕРЛЕНИЕМ ТВЕРДОСПЛАВНЫМИ СВЕРЛАМИ

4.1 Исследование механических усилий

4.2 Полнофакторный эксперимент ПФЭ 22

4.3 Поиск оптимума с помощью метода «крутого спуска»

4.4 Развертывание отверстий в синтегране алмазными сверлами

4.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Графики силовых характеристик, полученных в режиме реального времени

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Профили поверхности заготовки синтеграна после

сверления спиральными цельными твердосплавными сверлами

ПРИЛОЖЕНИЕ В Профили поверхности заготовки синтеграна после

развертывания алмазным сверлом

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности обработки отверстий в массивных деталях из полимербетонов на примере синтеграна»

ВВЕДЕНИЕ

В современном машиностроении все чаще используются композиционные материалы, обладающими высокими физико-механическими и эксплуатационными характеристиками. Композиционные материалы в целом работают лучше, чем каждый отдельный компонент.

С помощью композиционных материалов в машиностроении можно решить такие задачи, как: повышение теплостойкости, вибростойкости, прочности, жесткости, и т. д. деталей машин при их эксплуатации, в то время как экономически, цена производства этих же деталей уменьшается в связи с тем, что эти материалы более технологичны по сравнению с металлами. Изменяя пропорции волокна и смолы (эпоксидная смола или различных пластмасс) можно адаптировать механические свойства материала для конкретного применения. В местах с высокими напряжениями, различные конфигурации материалов, таких как слоистые пакеты, обеспечивают дополнительную прочность.

В самолетах отношение высокой прочности к весу композитов позволяет разработчикам уменьшить вес судна, уменьшая расход топлива. Углепластики и другие композиты также требуют менее частого технического обслуживания, что снижает содержание расходов. За весь срок эксплуатации самолета, экономия может составить его первоначальную стоимость.

Композиты технологичны и используются для создания деталей больших размеров. Эти детали после их создания требуют мало операций обработки -фрезерование по краям, полирование поверхностей и сверление отверстий для крепления деталей.

Примером использования композиционных материалов могут быть Airbus А380 и Boing 787 (Дримлайнер). В Airbus А380 доля композиционных материалов достигает до 25% от веса структуры самолета и по их прогнозам в следующих новых самолетах может дойти до 53% [66]. Для Boing 787 эти цифры доходят до 50% от веса лайнера [78].

Одним из композиционных материалов является синтетический гранит (в дальнейшем синтегран), который обладает достаточно хорошими прочностью, жесткостью, вибростойкостью, временной устойчивостью, и хорошей теплопроводностью, кроме того, синтегран имеет приблизительно такой же температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР), что и у сталей, что способствует его применению для изготовления базовых деталей, в первую очередь, особо точных станков', при замене блоков натурального гранита для изготовления деталей специальных станков, оснований измерительной техники, приборов и другого оборудования; деталей, к материалам которых предъявляются особые требования - например, немагнитность, коррозионная стойкость, малая теплопроводность [21, 43, 28].

Одним из главных факторов развития технического прогресса является совершенствование технологии обработки новых конструкционных материалов, которые обладают лучшими физико-механическими, химическими, и техническими свойствами, чем традиционные металлы и сплавы. Ввиду этих свойств режимы резания определяются свойствами режущего инструмента, механическими свойствами обрабатываемой детали, и системой станок-деталь.

Машиностроение характеризуется непрерывным повышением эксплуатационных свойств материалов для создания деталей машин, таких как прочность, твердость, ударная вязкость, термостойкость, жаропрочность и химическая стойкость. По мере возрастания рабочих параметров деталей машин и создания новых отраслей наук, становится неизбежной необходимость создания новых материалов со специальными механическими и химическими характеристиками.

Несмотря на большое количество способов обработки деталей, созданных в настоящее время, доля труднообрабатываемых материалов занимает небольшой процент от общего объема конструкционных материалов и поэтому обычный метод обработки труднообрабатываемых материалов резанием, будет оставаться самым оптимальным и распространённым с точки зрения точности обработки и экономии материалов. Поэтому для повышения обрабатываемости

применяются новые материалы или совершенствуются старые, используются научно-обоснованные методы для подбора режимов резания [21].

Чтобы получить максимальную отдачу при обработке материалов, необходимо вести исследования для увеличения эффективности обработки, изучать процессы резания для понимания процессов, влияющих на износ инструментов, исследовать структуру материалов, создавать новые методы и математические модели, моделировать процессы с помощью современных программ моделирования как Autodesk Inventor, SolidWorks, Pro Engineer, MathCad, MathLab и др.

Актуальность темы диссертации. В последние время полимерные композиционные материалы (ПКМ) находят широкое применение в машиностроительных отраслях промышленности._Использование ПКМ вместо металлических материалов позволяет снизить массу конструкции изделия при обеспечении требуемых эксплуатационных характеристик, что является важным свойством, предъявляемым к материалам, которые используют в самолетостроении.

К преимуществам композиционных материалов следует отнести их сравнительно низкую плотность; достаточно высокую удельную прочность; высокую удельную жесткость; высокую химическую и коррозионную стойкость; возможность создания элементов конструкций с заранее заданными свойствами, наиболее полно отвечающими условиям работы; специальные свойства (радиопрозрачность, диэлектрическая проницаемость, теплопроводность). Однако, несмотря на отмеченные преимущества, они обладают рядом недостатков: анизотропию физико-механических свойств; низкую межслоевую прочность на сдвиг в плоскостях, параллельных арматуре; низкую прочность на сжатие; низкую ударную вязкость (отсутствие зоны текучести); необходимость применения специальных мер по охране труда при их обработке, что вызывает трудности при механической лезвийной обработке полимерных композиционных материалов.

Одной из самых распространенных операций механической обработке является сверление. Стремление повысить производительность сверления отверстий накладывает ограничения на технологические параметры процесса с тем, чтобы обеспечить надежность и срок службы деталей в условиях эксплуатации. При этом одним из основных параметров обработки является качество получаемых отверстий, а также силовые характеристики, возникающие в инструменте во время обработки. В процессе резания повышенный износ инструмента изменяет вид сходящей стружки, увеличивает силы резания, крутящий момент, вертикальную силу, и ухудшает качество обрабатываемой поверхности. Поэтому механизм влияния технологических параметров на силовые характеристики процесса и качество поверхности деталей из ПКМ представляет значительный интерес, как для науки, так и для производства.

Одним из наиболее перспективных композиционных материалов на сегодняшний день является синтегран за счет своих физико-механических и химических свойств, а также экономичности при получении изделий, однако процесс физико-механической обработки синтеграна (в частности, сверления) изучен недостаточно, что определяет актуальность настоящих исследований, описанных в настоящей диссертации.

Цель и постановка задач исследования. Проведенный анализ обзора отечественной и зарубежной литературы по обработке композиционных материалов и полимербетонов показывает, что тема диссертационного исследования не достаточна проработана. Обработка сверлением полимербетонов, в целом, и синтеграна, в частности, мало изучена как в России, так и за рубежом. Имеющиеся публикации посвящены обработке тонких листовых заготовок из ТХНМ и не затрагивают вопрос сверления массивных деталей из синтеграна. Таким образом, научная проблема заключается в отсутствии информации, посвящённой сверлению синтеграна (математических моделей процесса обработки, рекомендаций по выбору

режущего инструмента и оптимальных технологических режимов резания, и т.д.)

Из выше изложенного следует, что целью настоящей диссертации является повышение эффективности и качества обработки композиционных материалов, армированных твердыми частицами. В настоящей работе рассматривается пример сверления синтеграна.

Для решения рассмотренных выше проблем, нужно решать следующие задачи:

- разработать математическую модель на основе физических свойств синтеграна для определения шероховатости в зависимости от скорости резания (у) и осевой подачи (Б);

- разработать математическую модель на основе физических свойств синтеграна для определения осевой силы и крутящего момента, возникающих на сверле в зависимости от скорости резания (у) и осевой подачи (Б);

- выбрать рациональный материал инструмента для обработки синтеграна;

- провести эксперименты по установлению оптимальных режимов резания с целью повышения эффективности сверления синтеграна.

Научная новизна работы состоит в:

- установлении взаимосвязи износа параметров силовых нагружений инструмента и шероховатости при сверлении отверстий в деталях из синтеграна;

- раскрытии влияния крутящего момента, в качестве наиболее информативного косвенного признака на шероховатость поверхности и износа инструмента;

- теоретическом обосновании выбора материала режущей части и структуры износостойкого покрытия сверла при сверлении отверстий в деталях из синтеграна;

- теоретической модели определения шероховатости обработанной поверхности синтеграна по его физическим свойствам при сверлении отверстий цельными твердосплавными сверлами;

получении экспериментальных математических моделей для определения крутящего момента, осевой силы и шероховатости обработанной поверхности, как функций от технологических режимов резания.

Практическая значимость работы заключается в:

- определении рационального материала и структуры износостойкого покрытия режущего инструмента для обработки синтеграна сверлением;

- определении оптимальных режимов резания для повышения производительности обработки синтеграна сверлением;

- рекомендациях по выбору геометрических параметров режущего инструмента для обработки синтеграна.

Методология и методы исследования. Теоретические исследования базировались на основных положениях теории механики хрупкого разрушения и теории резании материалов. При проведении экспериментальных исследований проводилось планирование и анализ данных с использованием статистических методов. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях с использованием измерительных средств.

Положения, выносимые на защиту:

- Экспериментальные математические модели для определения крутящего момента, осевой силы и шероховатости обработанной поверхности, как функций от технологических режимов резания;

- Математические модели процессов резания, описывающие совокупность физико-механических явлений в прирезцовой зоне обработки и позволяющие прогнозировать обрабатываемость синтеграна сверлением;

- Выражения для аналитического определения составляющих сил резания, частоты возмущающей силы, действующей на инструмент, а также условия, определяющее поведение зерен синтеграна под воздействием режущего инструмента.

Степень достоверности и апробация результатов. Основные результаты работы были доложены на следующих конференциях:

- Международная научно-техническая конференция «Школа-семинар по фундаментальным основам создания инновационных материалов и технологий. Комсомольск на Амуре - 2013 г;

- Региональная научно-практическая конференция с международным участием «Бардыгинские чтения», Егорьевск - 2014 г.

- VII Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России», Москва - 2014

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Работа соответствует формуле специальности 05.02.07 - "Технология и оборудование механической и физико-технической обработки" (технические науки) в области «исследования механических и физико-технических процессов в целях определения параметров оборудования обеспечивающих повышение производительности обработки», а так же «создание инструмента и других компонентов оборудования, обеспечивающих технически и экономически эффективные процессы обработки» в полном соответствии с п.п. 3 и 4 области исследования паспорта специальности.

Структура диссертации

Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, список использованных библиографических источников (81 наименование) и приложение. Общий объем текста диссертации 150 страницы, в него включены 56 рисунков и 42 таблиц.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И СОСТОЯНИЕ

ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ

МАТЕРИАЛОВ

1.1 Методы сверления труднообрабатываемых материалов, и композиционных материалов

Труднообрабатываемыми называют материалы, обработка которых затруднена по сравнению с традиционными и требует совершенствования технических средств и технологических процессов в связи с тем, что они материалы обладают новыми физическими и химическими свойствами. Материалы жаропрочные, коррозионностойкие, композиционные, порошковые, полимерные и др. обычно называют труднообрабатываемыми материалами. Рассмотрим более детально их классификацию.

Классификация труднообрабатываемых материалов

При обработке материалов, обладающих высокими эксплуатационно-механическими характеристиками на их поверхности возникают высокие температуры и давление на кромке режущего инструмента, что приводят к ухудшению их обрабатываемости по сравнению со сталью 45, служащей эталоном для сравнения характеристик с другими конструкционными материалами (см. табл. 1.1). Все режущие операции для труднообрабатываемых материалов происходят в более тяжелых условиях, что приводит к преждевременному износу инструментов. Это вынуждает искать новые методы обработки и оптимизировать уже существующие.

Для того чтобы проводить опыты и получать общие эмпирические законы для обработки труднообрабатываемых материалов, их объединяют по общим характеристикам или свойствам. Ниже приведены две классификации материалов, которые позволяют лучше понимать процесс их обработки.

Сверление в настоящей работе рассматривается как частный случай обработки резанием.

Таблица 1.1

Вертикальные составляющие удельных сил резания (Р2) и контактные температуры (0), возникающие при обработке различных материалов (5 = ОД мм ■ об-1, t = 1 мм)

Обрабатываемый Материал Яв Pz в (°С) при v, м ■ мин-1

МПа МПа 20 60

Сталь 45 750 2000 200 300

12Х18Н10Т 600 2500 560 800

ХН62МВКЮ 1100 4000 720 1000

ЖС6-К 900 3500 750 1050

ВТ5 900 2000 520 750

38Х5МСФА 1700 7000 700 1000

В зависимости от основных свойств, стали, и сплавы подразделяют на группы «Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные» [43]:

I. Стали и сплавы этой группы обладают стойкостью против, химической коррозии, а также, межкристаллитной коррозии и называются коррозионно-стойкими (20X13, 14Х17Н2, 12Х18Н9, 08Х17Н13М2Т и др.).

И. Стали и сплавы этой группы обладают стойкостью при температурах выше 550 °С при обработке в слабонагруженном состоянии (40X10С2М, 12X17, 36Х18Н25С2, ХН28ВМАБ и др.);

III. Стали и сплавы называются жаропрочными, они способные работать при высоких температурах в нагруженном состоянии (11Х11Н2В2МФ, 37Х12Н8Г8МФБ, ХН70МВТЮБ и др.).

По ГОСТу 5632-72 приводится классификация стали в зависимости от структуры, и сплавов в зависимости от химического состава:

Однако это разделение не позволяет оценить обрабатываемость материалов. В источниках [21], [28], [35] приведена классификация материалов, близких по химическому составу и обрабатываемости из восьми групп. Но позже были добавлены две группы - группа тугоплавких материалов IX и стеклопластиков X. Эта классификация позволяет определять оптимальные режимы резания без применения трудоёмких экспериментальных исследований и заранее предсказать объём затрат на изготовление изделий. Также при создании новых материалов можно размещать их в соответствующие группы в зависимости от их химического состава и степени обрабатываемости. Для полного охвата труднообрабатываемых материалов для этой работы добавили группу XI, это группа хрупких твердых неметаллических материалов (ХТНМ), которая менее изучена как в России, так и зарубежом. В этой главе дан краткий обзор и ссылки на источники информации по их обработке.

Группа I — теплостойкие стали, работающие до температуры < 500°С (34ХНМ, Х6СМ, 34ХМЗМФ, 15Х5М, 20ХЗМВФ и др.). На основе - хрома (< 6%), с добавками никеля (< 3%) и кремния..

Группа II - стали на основе хрома >12% и небольшое количество, содержат легирующие элементы не более 4%. Высокопрочные, коррозионно-стойкие стали, сохраняющие эксплуатационные свойства при температуре < 500-600 °С и при воздействии слабоагрессивных сред (30X13, 14Х17Н2, 09X16Н4Б, 95X18, и др.). Обрабатываемость - удовлетворительная в отожженном состоянии, но в упрочненном термическом состоянии обрабатываемость резко снижается.

Группа III - это коррозионно-стойкие, стойкие в агрессивных средах, жаропрочные на основе хрома (>15%) и никеля (>5%) и других легирующих элементов. Эти стали жаростойкие при температуре < 800 °С (12Х18Н10Т, 10Х23Н18, и др.). Эти стали аустенитного, аустенитно-ферритного и аустенитно-мартенситного классов. Эти стали хорошо свариваются. Как пример, обрабатываемость стали 12Х18Н10Т в 2 раза лучше, чем сталь 45.

Группа IV-эти стали также хромонике левые (хром 12-25% и никель > 5%) с другими легирующими элементами. Жаропрочность этих сталей сохраняется 650 - 750°С при сильных напряжения, а умеренных до 800 - 900 °С, (45Х14Н14В2М, 10X11H23T3MP и др.). Это жаропрочные, жаростойкие и кислостойкие материалы. Обрабатываемость в 3 — 4 раза ниже, чем у стали 45.

Группа V - жаропрочные стали и сплавы, имеющие в составе никель и железоникель (ХН70Ю, ХН67МВТЮ, ХН77ТЮР, 36НХТЮ и др.). Кроме никеля они содержат большое количество хрома (хром 10 - 20%)и небольшое количество молибдена, титана, алюминия и других легирующих элементов. Эти стали применяются для изготовления деталей, работающих при температурах от 750 до 900 - 960°С, и наличии агрессивных сред и значительных механических нагрузках. Обрабатываемость ОД - 0,3 по сравнению со сталю 45.

Группа VI - жаропрочные литейные стали (ЖС6-К, ХН67ВМТЮЛ, ВХ4-Л, и др.) - высоколегированные материалы на никелевой основе. Обрабатываемость еще более худшая, чем у материалов предыдущей группы.

Группа VII - сплавы на основе титана (ВТ1-0, ВТ1, ВТ1-1, и др.). Особенности титановых сплавов с точки зрения их обрабатываемости резанием следующие: низкая теплопроводность; по химическому составу близки к инструментальным материалам, что приводит к адгезии стружки с поверхностью инструмента; малый модуль упругости и малая пластичность.

Группа VIII - это низколегированные высокопрочные стали (2000 > сгв > 1600 МПа), (28ХЗСНМВФА, 42Х2ГСНМ и др.). Хром, никель с добавками вольфрама, молибдена, ванадия, и применением двойных операций термической обработки придают стали повышенные прочностные свойства. В отожженном состоянии обрабатываемость этих сталей находятся на уровне обрабатываемости обычных конструкционных сталей, поэтому обрабатывать эти стали по возможности, чтобы большая часть припуска была снята с

заготовок на отожженном состоянии, оставляя минимум припуска на чистовые операции.

Группа IX-эти материалы отличаются высокими температурами плавления, и применяются для изготовления деталей, работающих при 2000- 2500 °С. По обрабатываемости их разделяют на три группы: а) на основе вольфрама, молибдена; б) на основе бериллия; в) на основе тантала и ниобия.

ГруппаХ-к этой группе относятся неметаллические материалы такие как стеклопластики и слюда. Их широко применяют при изготовлении печатных плат, сложных корпусов, полученных литьем под давлением. Детали из этой группы легко обрабатываются, но при обработке резанием возникают определенные трудности.

ГруппаXI-эту группу составляют хрупкие твердые неметаллические материалы. К этой группе относятся керамики, ферриты, ситаллы, кварц, стекло, поделочные камни, гранит, бетоны, можно в эту группу включать полимербетоны, композиционные материалы, и т.д. ХТНМ обладают высокой твердостью, износостойкостью. Плохо обрабатываются резанием и при незначительной коцентрации неприяжений склонные к разрушению [50].

Обработка композиционных материалов (группа XI) имеет ряд особенностей, которые отличают ее от обработки металлов: анизотропия свойств материалов, т.е. разные свойства по разным направлениям; относительная сложности получения высокого качества поверхности после обработки; высокая твердость наполнителя и низкая теплопроводность.

Сверление пластмасс

Сверление является трудоемкой операцией, и обработка пластмасс иногда занимает до 70...80% от общей трудоемкости процесса механической обработки. В связи с этим один неправильный выбор инструмента и режимов резания, может привести к большим издержкам. Сверление производят в разных направлениях, так по направлению армирующих волокон, так и

перпендикулярно; требования к точности отверстий невысокие (11-12-ый квалитет) и шероховатость Rz = 20 мкм.

Выбор инструментов при сверлении композиционных материалов происходит по таким же принципам как выбор инструментов при точении. Сверление отверстий в углепластиках, стеклопластиках и органопластиках можно проводить с помощью сверл из быстрорежущих сталей и твердых вольфрамокобальтовых сплавов с использованием соответствующих поправочных коэффициентов. Для сверления боропластика применяют сверла из быстрорежущей стали Р6М5 и твердого сплава ВК8 (ГОСТ 3882-74) только в единичных случаях, так как они быстро затупляются.

Геометрические параметры сверл оказывают большое влияние на точность и качество обработанной поверхности, стойкость и прочность инструмента. От них зависят силы резания и деформации, поэтому оптимальные значения этих параметров имеют большое практическое значение (см. табл. 1.2) [21].

По данным исследований сверлений сквозных отверстий задний угол а, передний угол у и, угол вершины сверла 2 <р, определяют качество отверстий, как правило, на входе и выходе инструмента. Их значения находятся в диапазоне а: = 10...30°; у = 0...200; 2(р = 90... 120°. При сверлении глухих отверстий исследованы только а и у, т.к. 2(р = 180°.

Таблица 1.2

Геометрические параметры сверл

Обрабатываемый материал Материал режущей части сверла (ГОСТ 3882-74) Геометрические параметры сверла

2 (р У а

Стеклопластики Р6МЗ, Р6М5, PI2, Р9Ф5К5, Р6М5К5, PI8 100° 15° 20°

Боропластики ВКЗ, ВКЗ M, ВК4, ВК6 M, ВК8 100° 10° 20°

ВКЗ, ВКЗ M, ВК6М, ВК8 105° 10° 20°

Р6МЗ, Р6М5.Р12 90°. ..100° 10°...15° 15° ..20

Углепластики

ВКЗ, ВКЗ М, ВК6 М, ВК8 90°. ..100° 10° 15°. ..20°

Рекомендуется сверлить глухие отверстия концевыми шпоночными фрезами вместо сверл с углами 2<р = 180°, из-за расхода инструментального материала и времени, потраченного на заточку инструмента. Кроме того, увеличивается точность и исчезает обратная конусность отверстий в связи с тем, что осевое биение у шпоночных фрез намного меньше чем у сверл.

На сверление сквозных отверстий в пластмассах влияют: несимметричность заточки 8, оптимальные значения которой должна быть ОД...0,2 мм, и; состояние винтовых канавок, которые рекомендуются полировать для уменьшения изнашивания сверл сходящими стружками.

В таблицах 1.3 и 1.4 приводятся формы заточки для быстрорежущих и твердосплавных сверл в зависимости от обрабатываемого материала [21].

Таблица 1.3

Заточки режущей части и геометрические

характеристики сверл из быстрорежущих сталей

Форма режущей части Эскиз заточки режущей части Рекомендации по применению

Спиральная с нормальной заточкой (НПЛ) aL Щ £ 4s А-Л j W^-i 74^ Стеклопластики и углепластики

Спиральная с двойной заточкой (ДОЛ) Б Б M—.Jt ^¿.JL Mrsf Стеклопластики и углепластики

Спиральная с подрезкой перемычки (ПРК)

Стекло- и углепластик, глухие отверстия

Критерием затупления сверл является их износ по задней поверхности, значения которого приведены в табл. 1.5. На затупление сверл влияют многие факторы такие как: трение стружки и заготовки о поверхности инструмента, пластическая деформация и выкрашивание режущей кромки, абразивное воздействие армирующих волокон и т.д. Износ снижает качество и точность обработанных поверхностей, производительность труда из-за простоя между сменами сверл.

Таблица 1.4

Заточки режущей части и геометрические характеристики сверл

из твердых сплавов

Форма режущей части

Эскиз заточки режущей части

Рекомендации по применению

Спиральная с нормальной заточкой (НПЛ)

Стеклопластики, углепластики, боропластики

Спиральная с двойной заточкой (ДПЛ)

Стеклопластики, углепластики, боропластики

Спиральная с подрезкой перемычки (ПРК)

Стеклопластики, углепластики, боропластики, глухие отверстия

Таблица 1.5

Критерии затупления сверл

Обрабатываемый материал Материал режущей части сверла (ГОСТ 3882-74) Критерий затупления сверл, мм

Стеклопластики Р6МЗ, Р6М5, Р9Ф5К5, Р12, Р6М5К5 0Д5...0,20

ВКЗ, ВКЗ М, ВК4, ВК6 М, ВК8 0Д0...0Д5

Боропластики ВКЗ, ВКЗ М, ВК6 М, ВК8 0,25...0,30

Углепластики Р6МЗ, Р6М5, PI2, Р6М5К5 0Д0...0Д5

ВКЗ, ВКЗ-М, ВК4, ВК8

Качество поверхности при сверлении пластмасс зависит также от состояния отверстий на входе и выходе сверла. При к3 > 0,3 мм (износ по задней поверхности) и неправильных геометрических параметрах сверла износ может привести к расслоению армированных волокон композитов (рис. 1.1). Чтобы избежать этой проблемы, рекомендуется правильно выбрать геометрические параметры сверл, использовать сверла с минимальными к3, и использовать подкладки так при входе, как и выходе сверла из просверливаемого материала.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Велис Агуайо Алехандро Крисостомо, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Адаскин, A.M. Материаловедение (металлообработка) / A.M. Адаскин, , В.М. Зуев. - 6-е изд. - М.: Издательский центр «Академия», 2009. - 288 с.

2. Адлер, Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных уловий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. - М.: Наука, 1976.

3. Александров, В.А. Синтетические сверхтвердые материалы. /В.А. Александров, A.A. Бугаев, др. - Т. 3. - Киев: Наук Думка, 1986. - 280 с. с.

4. Алентьев, А.Ю. Связующие для полимерных композиционных материалов: учеб пос. / А.Ю. Алентьев, М.Ю. Яблокова. - М.: Изд. МГУ им. Ломоносова, 2010. - 69 с.

5. Алешин, В.Г. Синтетические Сверхтвердые Материалы. / В.Г Алешин, В.Д. Андеев, и др. - Т. 1. - Киев: Наукова Думка, 1986.

6. Ананьин C.B. Композиционные Материалы. / C.B. Ананьин. - Т1. Часть II. - Барнаул: АлтГТУ, 2007.

7. Аносов, Ю.Л. Синтетические Сверхтвердые Материалы / Ю.Л. Аносов, Т.Н. Антонова. - Т. 2. - Киев: Наукова Думка, 1986.

8. Арзамасов, Б.Н. Конструкционные материалы /Б.Н.Арзамасов, В.А. Брострем, и др. - М.: Машиностроение, 1990.

9. Арзамасов Б.Н. Материаловедение / Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, др. - 2-е изд. испр. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. - 384 с.

10. Арзамасов, Б.Н. Справочник по конструкционным материалам /Б.Н. Арзамасов, Т.В. Соловьева, и др. - М.: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 640 с.

П.Астафьев, В.И. Нелинейная механика разрушения / В.И Астафьев, Ю.Н. Радаев, и др. - 2-е изд. перераб. дополн. - Самара: Изд-во Самарский университет, 2001. - 562 с.

12. Астафьева, Е.А. Технология конструкционных материалов / Е.А Астафьева, Ф.М. Носков, и др. - Версия 1.0 [Электронный ресурс]. - Красноярск: 2008.

454 с.

13. Атрошенко, C.JI. Распространение трещины при динамическом разрушении полиметилметакрилата / C.JI. Атрошенко, С.И. Кривошеев, А.Ю. Петров.

- Журнал технической физики. 2002. - Vol. 72. No. 2. с. 52-59.

14. Ашихмин В.Н. Введение в математическое моделирование / В.Н. Ашихмин, М.Б Гитман, И.Э.Келлер. - Мосва: ЛОГОС, 2005. 440 с.

15. Баженов В.И. Основы планирован моделирован теории инженерн эксперимента / В.И. Баженов, А.Н. Стрельченко. - М.: МАИ, 1983.

16. Баженов Ю.М. Технология бетона 2-ое изд. перераб. / Ю.М. Баженов. - М.: Высшая школа, 1987. - 415 с.

17. Байкалов А.К. Введение в теорию шлифования материалов. / А.К. Байкалов. - Киев: Наукова Думка, 1978. - 207 с.

18. Байкалов А.К. Введение в теорию шлифования материалов / А.К. Байкалов.

- Киев: Наукова Думка, 1978. - 207 с.

19. Балыков A.B. Повышение Эффективности Обработки Отверстий в Деталях из Хрупких Неметаллических Материалов на Основе Алмазного Сверления / Балыков Александр Викторович: дис. д.т.н. 05.03.01. - М.: 2004. - 449 с.

20. Баранчиков В.И. Прогрессивные Режущие Инструменты и Режимы Резания Металов / В.И. Баранчиков, A.B. Жариков, и др. - М.: изд. Машиностроение, 1990. - 399 с.

21. Баранчиков В.И. Обработка специальных материалов в машиностроении / В.И Баранчиков, A.C. Тарапанов, и др. - М.: изд. Маш. 2002.- 264 с.

22. Барт В.Е. Применение полимербетонов в станкостроении / В.Е. Барт, Г.С. Санина, С.А. Шевчук, - М.: ВНИИТЭМР, 1985. - 40 с.

23. Барт В.Е. Опыт применения синтеграна в машиностроении / В.Е. Барт, Г.С. Санина. Т. 1 - М.: 1993. - с. 15-17.

24. Валид Махмуд Мохамед Э.С.Ш. Мат. и физ. моделирование динамики процесса резания композиционных структурно-неоднородных материалов

(на примере синтеграна) / Валид Махмуд Мохамед Эль-Сайед Шебах: дис. к.т.н. - М.: РУДН, 2005. - 189 с.

25. Ванин Г.А. Микромеханика композиционных материалов / Г.А. Ванин. - Киев: Наукова Думка, 1985. - 304 с.

26. Васильев Е.В. Повышение производительности алмазного шлифования твердосплавных изделий и ресурса кругов выбором оптимальных кругов выбором оптимальных схем и режимов шлифования и характеристик круга / Е.В. Васильев: дис. к.т.н. - Омск, 2005. - 169 с.

27. Григорьев С.Н. Комплексное модифицирование поверхности карбидного инструмента легированием NbHfTi с последующим нанесением износостойкого покрытия (TiAl)N / С.Н. Григорьев, C.B. Фёдоров, М.Д. Павлов. - М.: Международная конференция - Vol. 34, No. 1, 2013. pp. 21-27.

28. Гуревич Я.Л. Режимы резания труднообрабатываемых материалов / Я.Л. Гуревич, М.В Горохов, и др. - 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1986. - 240 с.

29. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочность твердых тел. Москва: Металлургия, 1971. 264 с.

30. Елин A.B. Повышение Эффективности и Качества Обработки Полимербетонов Шлифованием на Примере Синтеграна / Елин Андрей Владимирович: дис. к.т.н. - М.: РУДН, 2008. -186 с.

31.3еликман А.Н. Металловедение Вольфрама / А.Н. Зеликман, JI.C. Никитина. - М.: Металлургия, 1978. - 272 с.

32. Ипполитов Г.М. Абразивно-алмазная обработка. / Г.М. Ипполитов. - М.: Машиностроение, 1969.

33. Кабалдин Ю.Г. Механизмы разрушения твердосплавного инструмента при прерывистом резании / Ю.Г. Кабалдин, A.A. Бурков, С.В Виноградов. - М.: Вестник машиностроения. 2000. № 5. - с. 35-35.

34. Кирилин В.Ю. Применение синтеграна для изготовления базовых деталей

тяжелых фрезерных станков / В.Ю. Кирилин Д.А Титов. - СПб.: 1993. Т. 1. -с. 18-19.

35. Ковшов А.Н. Нетрадиционные методы обработки материалов / А.Н. Ковшов, Ю.Ф. Назаров, и др. - М.: издательство МГОУ, 2007. - 2011 с.

36. Кокарев В.И. Исследование процесса сверления синтеграна твердосплавными сверлами с комплексным модифицированием режущей части / А.К. Велис, В.И. Кокарев, Федоров В.И. / Вести СТАНКИНА. 2013.

37. Кокарев В.И. Применение статистических методов планирования эксперимента при идентификации процесса эксплуатации режущего инструмента. Москва: Крук, 2013. 52 с.

38. Кошеленко A.C., Позняк Г.Г. Теоретические основы и практика фотомеханики в машиностроении / A.C. Кошеленко, Г.Г. Позняк. - М.: Граница, 2004. 296 с.

39. Куприянов В.А. Мелкоразмерный Инструмент для Резания Труднообрабатываемых Материалов /В.А. Куприянов. - М.: изд. Маш., 1989. 136 с.

40. Кутузов Б.Н. Теория, техника и технология буровых работ / Б.Н. Кутузов. - М.: Недра, 1972. 332 с.

41. Латышев О.Г. Разрушение горных пород / О.Г. Латышев. - М.: Теплотехник, 2007. 672 с.

42. Маслов E.H. Теория шлифования материалов / E.H. Маслов. - М.: Машиностроение, 1974. 320 с.

43. ГОСТ 5632-72 Стали высоколегированные и сплавы коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные марки. -М.: Изд. Стандартов 1972. - с 39-75.

44. Николаева Е.А. Основы механики разрушения / Е.А. Николаева. - Пермь: изд.ПГТУ, 2010.- 103 с.

45. Новое поколение алмазно-абразивного инструмента // РусАтлат. 2007. URL: http://www.rusatlant.com.

46. Патуроев В.В. Полимербетоны / В.В. Патуроев. НИИ бетона и

железобетона. - М.: Стройздат., 1987. 286 с.

47. Писчаеов Н.И., Николаев, A.B. Модифицирование структуры и свойств твердых сплавов системы WC—Со сильноточными пучками заряженных частиц / Н.И. Писчасов, A.B. Николаев. - Омск: изд. ОмГУ. 1996. № 2. -с. 39-43.

48. Подураев В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов / В.Н. Подураев.

- М.: Высш. Школа, 1974. 587 с.

49. Резников А.Н. Абразивная и алмазная обработка материалов / А.Н. Резников. - М.: Машиностроение, 1977.

50. Рогов В.А. Классификация композиционных материалов и их роль в современном машиностроении / Велис А.К. В.А. Рогов, / ВЕСТНИК РУДН. 2012.-с. 41-49

51. Рогов В.А. Исследование процесса обработки синтеграна твердосплавными сверлами. / А.К. Велис, В.А. Рогов, В.И. Кокарев Т.1. - М.: Фундаментальные Исследования, 2013.-е. 65-65.

52. Рогов В.А. Современные машиностроительные материалы и заготовки / В.А. Рогов, Г.М. Позняк. М.: Издательский центр «Академия», 2008. 336 с.

53. Рогов В.А. Инструменты, применяемые при обработке труднообрабатываемых материалов сверлением / А.К. Велис, В.А. Рогов,

- М.: Фундаментальные Исследования №11, часть 3, 2012.-е. 645-651

54. Рогов В.А. Конструкционные и функциональные материалы современного машиностроения / В.А. Рогов. - М.: Изд-во Масштаб, 2006. - 90 с.

55. Сидорко В.И. Исследование влияния прочностных свойств природных камней на трудоемкость их алмазного шлифования / В.И. Сидорко, В.В. Пегловский, и др. - 2009 [Электронный ресурс] URL: http:// www.nbuv.gov.ua/portal/natural/Pimi/2009_12/3-26.pdf.

56. Танович Л. Исследования в области микрорезания мрамора и гранита / Л. Танович, М. Попович, Г. Мпаденович / BicHHK Нащонального техшчного

ушверситету Укра'ши «Кшвський пол1техшчний шститут». 2012.

57. Тюкпиеков В.Н. Повышение эффективности обработки синтеграна на основе физ. и мат. моделирования / Владимир Николаевич Тюкпиеков.: дис. к.т.н. 05.03.01 Москва: РУДН, 2002.

58. Углов В.В. Структурно-фазовые превращения в поверхностных слоях твердого сплава в результате воздействия сильноточными электронными пучками / В.В. Углов, Н.Н. Коваль, А.К. Кулешов. - М.: НАУКА, 2011. - с. 50-58.

59. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения / Г.П. Черепанов. - М.: Наука, 1974. 640 с.

60. Шевчук С.А. Применение минерал-полимерного композита для базовых деталей станков / С.А. Шевчук, С.М. Смайловская. М.: РИТМ. 2011. № 12. с. 26-27.

61. Синтегран новый конструкционный материал ЭНИИМС ОАО. [Электронный ресурс] / URL: http://enims.chat.ru/s2_4.html#3 - 2011.

62. Эрдоган Ф. Вычислительные методы в механике разрушения / Ф. Эрдоган, А. Кобаяси, и др.: Пер. с англ. - М.: Мир, 1986. 392 с.

63. Atkinson С. Contact mechanics: a review and some applications / С. Atkinson, J.M. Martinez-Esnaola, M.R. Elizalde. - Materials Science and Technology. 2012. Vol.28.

64. Broek D. Elementary engineering fracture mechanics: 3rd ed. - La Hague: Martinus Nijhoff, 1982. - 479 pp.

65. Charles J. Rock Mechanics and Engineering: 2nd ed. London / J. Charles. -London. - Cambridge University Press, 1979. 463 pp.

66. Composites, manufacturing and assembly // Airbus S.A.S. Website. 2013. URL: http://www.airbus.com 2013.

67. Douglas C.M. Design and analisys of experiments / C.M. Douglas. - Arizona: John Wiley & Sons Inc., 2001. 684 pp.

68. Gdoutos E.E. Fracture Mechanics / Gdoutos E.E. - Netherlands: Springer, 2005. 369 pp.

69. Griffith A.A. The phenomena of rupture and flow in solids / Griffith A.A. -London; Phil. Trans. Roy. Soc. 1920. Vol. 221. pp. 163-198.

70. Griffith A.A. The theory of rupture / Griffith A.A. Delft. 1924. pp. 55-63.

71. Kumar S. Concrete Fracture Models and Applications / S. Kumar, S.V.Barai. - Berlin: Springer Berlin - Heidelberg, 2011. 262 pp.

72. Lawn B.R. Equilibrium penny-like cracks in indentation fracture / B.R. Lawn, E.R. Fuller. - Vol 10. Journal of Material of Science, 1975. 2016-2024 pp.

73. Lawn B.R. Fracture of brittle solids / Lawn B.R. Lawn B.R. Lawn B.R. Lawn B.R. Lawn. - Cambridge University Press, 1993. 372 pp.

74. Lise G. Introduction to Fatigue and Fracture Mechanics / G. Lise, B.S. Niels. Aalborg: University of Aalborg, 1991. 68 pp.

75. Marshall D.B. Elastic Plastic Indentation Damage in Ceramics / D.B. Marshall, B.R. Lawn, and A. G. Evans. The Lateral Crack System. Vol 65. Journal of The American Ceramic Society, 1982. 561-566 pp.

76. Montgomery D.C. Design and Analysis of Experiments / D.C. Montgomery. -Arizona: John Wiley and Sons, Inc, 2001.

77. Platit AG / Platit, № 47-ое издание., 2012. С. 108.

78. Program facts // Web Site of Boeing - URL: http://www.boeing.com -2013.

79. Societies A.F.O.M. Mohs Scale of Mineral Hardness [Электронный ресурс] // American Federation of Mineralogical Societies, Inc.: 1998. URL: http://www.amfed.org - 2012).

80. Swain M.V. Indentation fracture in brittle rocks and glasses / M.V.Swain, B.R. Lawn. - Int. J. RockMech. Min. Sci. & Geomech. 1976. Vol. 13. pp. 311-319.

81. Tools C.k.U.I.S. //http://www.ukam.com.

141