Повышение качества поверхности обрабатываемых деталей при точении резцами за счет улучшения демпфирующих свойств державок заполненных композиционным материалом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат наук Горбани Сиамак

• Горбани Сиамак
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Горбани Сиамак

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1 Материалы, которые обладают высокими демпфирующими свойствами

1.2 Устойчивость процесса резания

1.3 Разновидности державок сборных резцов

1.4 Выводы по главе

ГЛАВА 2 КОМПЬЮТЕРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ С ЦЕЛЬЮ ВЫБОРА

РАЦИОНАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ВИБРОГАСЯЩИХ ВСТАВОК В ДЕРЖАВКЕ ТОКАРНОГО РЕЗЦА

2.1 Объект исследования

2.2 Компьютерное исследование напряжений, деформаций и частот собственных колебаний державок резцов при помощи программного комплекса Solidworks Simulation

2.3 Компьютерное исследование напряжений, деформаций и частот собственных колебаний державок резцов при применении демпфирующего материала во вставке державки при помощи программного комплекса Solidworks Simulation

2.4 Анализ полученных результатов компьютерного исследования напряженно-деформированного состояния державок сборного токарного резца

2.5 Выводы по главе

ГЛАВА 3 КОМПЬТЕРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ

СБОРНЫХ ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ

3.1 Тепловые процессы технологической системы при механической обработке

3.2 Проведение компьютерного исследования температурных полей режущего инструмента при помощи программы Solidworks и Solidworks Simulation

3.3 Выводы по главе

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ СТАТИЧЕСКОЕ И ВИБРАЦИОННОЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СБОРНЫХ ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ

4.1 Статическое исследование

4.2 Вибрационные исследования

4.3 Выводы по главе

ГЛАВА 5 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ

ДЕРЖАВОК СБОРНЫХ ТОКАРНЫХ РЕЗЦОВ НА ИХ ДЕМПФИРУЮЩИЕ СВОЙСТВА ПРИ РЕЗАНИИ МАТЕРИАЛОВ

5.1 Цель проведения экспериментальных исследований

5.2 Проведение однофакторного эксперимента с целью определения влияния режимов резания на вибрации и шероховатость поверхности обрабатываемых материалов

5.3 Оптимизация шероховатости и вибрации при механической обработке с применением метода Тагути

5.4 Выводы по главе

5.5 Рекомендации по выбору оптимальной конструкции виброгасящих вставок державки сборного токарного резца

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качества поверхности обрабатываемых деталей при точении резцами за счет улучшения демпфирующих свойств державок заполненных композиционным материалом»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертации. В машиностроении постоянно повышаются требования к качеству и точности выпускаемых изделий. Использование новых достижений науки и техники и внедрение прогрессивных технологий обеспечивают развитие производства в области технологии машиностроения, в частности при обработке металлов резанием путем конструирования более прогрессивных режущих инструментов.

Процесс резания при определенных условиях теряет устойчивость, причина которой является возникновение вибрации, что особенно опасны при получении нанометрической шероховатости обработки (менее 100 нм). Точность обработанной поверхности при резании зависит от геометрических и кинематических параметров, свойств обрабатываемого и инструментального материалов; динамического состояния системы станок-приспособление-инструмент-деталь (СПИД); свойств и способов подвода смазочно-охлаждающей технологической смеси; коэффициента трения и температуры.

Качество металлорежущего инструмента, в значительной степени, определяет эффективность машиностроительного производства. Вибрации, возникающие при резании, вызывают износ, снижение стойкости режущего инструмента и точности обработки, следовательно, ухудшается качество обработанной поверхности изделия. Природу возникновения вибраций в процессе обработки можно объяснить трением, пластическими деформациями и тепловыми явлениями в зоне резания.

Основными параметрами, определяющими динамические характеристики технологической системы, являются масса, жесткость системы СПИД и её демпфирующие свойства. Масса и жесткость связаны с сохранением энергии. Демпфирование приводит к диссипации энергии системы. Для повышения динамических характеристик технологической системы необходимо повысить их жесткость, демпфирующие свойства и снизить массу. На демпфирующие способности технологической системы влияют три основных звена: инструмент,

станок и заготовка. Колебания режущего инструмента в процессе резания происходят при средних и высоких частотах. Это делает его ненадёжным звеном. Следовательно, для обеспечения точного и эффективного процесса обработки резанием необходимо уменьшить колебание режущего инструмента относительно заготовки. Для того чтобы сопротивляться этим процессам необходимо использовать державку режущего инструмента из материала с высокой демпфирующей способностью. Поэтому одним из важных факторов является выбор наиболее эффективных конструкций режущего инструмента, причём в современных станках всё чаще используется составной и комбинированный инструмент.

К тому же, существенное влияние на качество и точность обработки оказывают тепловые деформации режущего инструмента. Тепловые деформации инструмента не позволяют обеспечивать стабильность размеров при резании, что важно особенно для нанорезания и особоточной обработки; и при работе с большими вылетами. Вместе с тем, облегченная структура режущего инструмента позволяет уменьшать тепловую деформацию, что является необходимым и неизбежным условием при конструировании режущего инструмента. Кроме того, вылет режущего инструмента является одним из важных параметров, который влияет на шероховатость и вибрацию при механической обработке, особенно при обработке фасонных поверхностей, где требуется большой вылет. Однако, в данной работе, чтобы исследовать этот процесс, схема эксперимента упрощена точением создавая разные режимы резания. То есть, смоделирована работа разных типов резцов (стандартного, расточного, канавочного и отрезного резца).

Как показал обзор научно-технической литературы, наименее изучены вопросы, связанные со статическими и динамическими исследованиями, а также конструктивными и технологическими особенностями державок сборного

» а

токарного резца. Поэтому в данной работе выполнены экспериментальные исследования, связанные со снижением шероховатости и вибраций в конструкции режущих инструментов, влияющих на процесс резания при работе токарными

резцами, за счет использования во вставке державки материала с высокими демпфирующими свойствами.

Цель работы. Повышение эксплуатационных свойств изделий машиностроений за счет улучшения демпфирующих свойств державок (вставок) резца заполненных композиционным материалом (синтеграном).

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- разработать конструкцию сборных токарных резцов со вставками с повышенными демпфирующими свойствами, заполненных композиционным материалам в державке сборного токарного резца;

- разработать компьютерную модель напряженно-деформируемого состояния державок токарных резцов и их верификации;

- исследовать статические и динамические характеристики модифицированных державок сборных токарных резцов с помощью разработанных стендов;

- определить влияние динамических характеристик сборных токарных резцов на вибрации и качество обработанной поверхности путем планирования эксперимента и проведения экспериментальных испытаний по чистовому точению;

- сформулировать рекомендации по выбору конструкции демпфирующих вставок сборных токарных резцов.

Объектом исследования является процесс точения заготовок с использованием сборных токарных резцов, с разными конструкциями державки, марки РСЬ>Ж.-2525М12 с ромбическими пластинами и материалом державки сталь 40Х.

Предметом исследования являются закономерности влияния композиционного материала (синтеграна), режимов , резания и конструкции режущего инструмента на шероховатость и вибрации, возникающие при точении материалов.

Методы исследования. Диссертация основана на известных экспериментальных работах и теориях в области теории колебаний, процессов

резания, динамики станков. При проведении и обработке экспериментов использовались методы конечных элементов, однофакторного планирования и метод планирования эксперимента по Тагути.

Степень достоверности. Эксперименты производились в лабораториях с использованием современных измерительных средств и промышленного оборудования. Для Компьютерного моделирования и обработки полученных результатов при экспериментальных исследованиях использованы современные программные обеспечения SolidWorks и SolidWorks Simulation, Minitab и Microsoft Excel.

Научная новизна.

- Выявлена зависимость логарифмического декремента колебаний от вылета и вида сечения державки.

- Выявлена зависимость между демпфирующими свойствами державок резцов и частотой собственных колебаний корпуса резца при чистовом точении.

- Выявлена зависимость между демпфирующими свойствами державок резцов и качеством получаемой поверхности при чистовом точении.

- Разработана математическая модель механической обработки заготовок резцами с модифицированными державками.

Теоретическая значимость заключается в установлении математических зависимостей между шероховатостью и режимами резания; и между вибрацией и режимами резания.

Практическая значимость. Разработана модифицированная конструкция державки сборного токарного резца с высокой демпфирующей вставкой из композиционного материала.

Выявлены зависимости изменения частоты собственных колебаний от формы вставок в модифицированной державке резца и от вида обрабатываемого материала, позволяющие судить о качестве обрабатываемой поверхности.

В результате, показано что, модифицированная конструкция сборного токарного резца, благодаря высокой демпфирующей способности

композиционного материала во вставке державки, значительно улучшила качество обрабатываемых поверхностей (шероховатость) и уменьшала частоты колебаний, возникающие при механической обработке.

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

Апробация. Основные результаты, полученные в ходе работы над диссертацией, доложены на следующих конференциях:

- 6-ой Международной научно-практической конференции «Инженерные системы». Москва; 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 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 12 работах, в том числе 6 работ опубликованы в изданиях, рекомендуемых перечнем ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, практических рекомендаций, списка использованной литературы из 122 наименований и приложений. Полный объем диссертации (без приложения) составляет 214 страниц машинописного текста, включающего 113 рисунка, 49 таблиц.

Автор благодарит сотрудников кафедры Технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов Российского университета дружбы народов.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

1.1 Материалы, которые обладают высокими демпфирующими

свойствами

Одной из важнейших и трудных задач в машиностроении является выбор материалов. При выборе материалов необходимо учитывать конструкцию узла и ее назначение, ее технологию производства, эксплуатационное условие, требования к прочности деталей, срок службы и надежности, стоимость материала и его дефицитность, затраты на изготовление деталей и эксплуатационные расходы.

От надежности и работоспособности режущего инструмента зависят производительность и качество обработки, время непрерывной работы станка. Работоспособность режущего инструмента характеризуется следующими показателями: стойкость; прочность; жесткость; виброустойчивость; стабильное дробление стружки и высокая производительность при максимально допустимых режимах резания. Обязательным требованием надежной работы инструмента является высокая точность размеров базовых и присоединенных поверхностей режущего инструмента [1, 85, 120].

Для повышения надежности и работоспособности режущего инструмента: применяют современные инструментальные материалы широкого применения, внедряют композиционные инструментальные материалы; одно- и многослойные износостойкие покрытия, применяют виброустойчивый режущий и вспомогательный инструмент; используют современные способы упрочнения поверхностного слоя и особенно лазерной технологии поверхностного легирования; внедряют СОЖ и др. [4, 9, 82, 84]. Универсальность режущего инструмента определяется максимальным числом унифицированных и взаимозаменяемых деталей и узлов. При этом число типов и размеров инструмента резко сокращается [47, 78, 119, 122].

Из механических характеристик конструкционных материалов демпфирующая способность материала — Способность материла поглощать энергию при циклическом деформировании материала, имеет, большое значение. Скорость, температура и давление в современных машинах влияют на демпфирующие свойства. Поэтому в процессе эксплуатации элементы, которые попадают в резонанс необходимо рассчитать на динамическую прочность. Для снижения вредного влияния вибрации можно использовать материалы с повышенными демпфирующими свойствами [21, 24, 29, 104].

Материал демпфирования зависит от его типа, напряжения, амплитуды, внутренних усилий, геометрии, качества поверхностей и температуры [26, 97, 102]; и все они должны иметь большую потерю на внутреннее трение при деформации. Эти потери определяются динамическим модулем Юнга и модулем сдвига. Демпфирующее свойство материала необходимо получить без ухудшения других основных физических свойств материала [111].

В настоящее время для создания новых продуктов разрабатывают и широко применяют различные виды композиционных материалов (КМ). Они имеют многие положительные свойства: легче по сравнению с чугуном и сталью; не проводят электричество; не поддаются коррозии и обладают высокими демпфирующими свойствами. Благодаря КМ увеличилась мощность двигателей, уменьшились массы машин и конструкций, и повысилась весовая эффективность транспортных средств и авиационнокосмических аппаратов. При этих условиях удельная жесткость и удельная прочность являются важными характеристиками материалов, которые выше по сравнению с конструкционными сплавами [9, 4, 81, 83].

Композиционные материалы (КМ) получаются из двух или более компонента, свойства которых отличаются друг от друга по составу компонентов и по структуре или по порядку их распределения в материале. КМ является неоднородным и однородным — в микро (макро) масштабе. Из-за разных свойств соединяемых компонентов между компонентами существует граница раздела фаз. В состав КМ входят пластичный матричный материал, основы и более

твердые и прочные компоненты, являющиеся наполнителями, от которых зависят свойства композиционных материалов. Матрица придает композиции форму и передает внешние нагрузки арматуре из наполнителей. По материалу основы различают: КМ с полимерной, металлической и керамической матрицей и др. [15, 31,43,73, 84, 87, 98].

В работе [94] разработан КМ, который способен демпфировать вибрации. Он включает в себе металлическую матрицу (Cu—Sn), сегноэластичную керамику (ВаТЮз), распределенную в матрице. При возникновении вибрации в композите, металлическая матрица и сегноэластичная керамика растягиваются. Это приводит к двойниковой, и, следовательно, к сдвигу и повороту зоны, вместе с сегноэластичной керамикой. Такой КМ также способен преобразовать вибрацию в энергию, используемую для образования двойника в некоторых сегноэластичных зонах. Сегноэластичная керамика также упрочняет металлическую матрицу. Сегноэластичная керамика может иметь равноосную, удлиненную, плоскую, стержневую, волокнистую и эллиптическую форму. Такой КМ можно использовать в транспортном средстве, в самолетах и в инструментах. На рис. 1.1. показана зависимость способности демпфирования (Tan Delta) КМ от температуры (Temperature, °С). Испытание проводили для 30% и 50% BaTi03. Ниже температуры Кюри Тсипе демпфирование осуществляется с помощью сегноэластика, граничной связи и двойниковая матрицы. Выше TCUrie демпфирование осуществляется с помощью граничной связи и двойниковая матрицы. При Tcurie наблюдается наибольшее демпфирующее свойства ВаТЮз-

В зависимости от типа упрочняющих наполнителей КМ делят на волокнистые, дисперсно-упрочненные и слоистые КМ. Вид частиц, их объемная концентрация и их равномерность распределения определяют эффективность упрочнения дисперсно-упрочненных КМ. В волокнистых композиционных материалах в качестве арматур используют волокна из различных форм, например ленты, нити, сетки разного плетения, определяющие жесткость и прочность КМ и воспринимающие основную нагрузку.

Temperature, "С

Рис. 1.1. Зависимость способности демпфирования КМ с металлической матрицей Си—Sn и с частицами ВаТЮз от температуры Волокнистые КМ можно армировать по одноосной, двухосной и трехосной схеме. В качестве слоев наполнителя в слоистых КМ можно использовать разные материалы (обычно неметаллические материалы) с разными механическими свойствами и с возможностью различной ориентации слоев наполнителя [43, 82, 86, 98].

В работе [95] разработан волокнистый КМ (рис. 1.2), состоящий из трех слоев: а) два слоя включают в себе неорганические армирующие волокна (например, углеродные волокна или стекловолокно) или органические армирующие волокна (например, арамидные волокна), что однонаправленно совмещены в полимерную матрицу; б) один слой из вязкоупругого материала, вставленный между слоями (а). Одна пара слоев (а) имеет разный угол размещения волокна относительно друг друга. Такой волокнистый КМ имеет большое вибрационное демпфирующее свойство. При подвергании КМ растяжению, слой (а) из-за их анизотропности деформируются в разных условиях, и вязкоупругий материал подвергается деформацией сдвига. При этом демпфирование вибрации зависит от эффективности превращения вибрационной энергии в тепловую энергию вязкоупругого материала.

Рис. 1.2. Трехслойный волокнистый КМ. 1-углеродное волокно; 2-полимерная матрица; 3-слой КМ; 4-вязкоупругий материал

В работе [97] разработан слоистый КМ, в состав которого входят высокопрочные и высокотвердые структурные и демпфирующие волокнисто-полимерные слои. Такой слоистый КМ обеспечивает высокую прочность и демпфирующее свойство. В качестве волокна использовали углерод или высокопрочные волокна, например арамидные волокна, а в качестве полимера — эпоксидную резину марок Ероп 828, Narmco 5208, Hercules 3501 и Fiberite 938. Общая структура может иметь слоистую или пористую конструкцию.

Одной из разновидностей КМ является полимербетон. Основой полимербетона являются природные камни - граниты, галька, известняки; а связующим - синтетические смолы. Одной из разновидностей полимербетона является синтегран. Синтегран представляет собой высоконаполненный композиционный материал, состоящий из полимерного связующего на основе эпоксидных смол, высокопрочного минерального заполнителя типа габбра-диабаза и мелкодисперсного наполнителя. Чем больше количество связующего, тем больше демпфирующие способности у синтеграна [15, 81]. Составы синтеграна подразделяют на сверхжесткие, жесткие, нормальные, пластичные и сверхпластичные. Такое разделение является условным и характеризует технологические особенности исходной смеси и физико-механические свойства синтеграна в зависимости от содержания полимерного связующего. Основные физико-механические и эксплуатационные свойства синтеграна аналогичны природному граниту. Синтегран в основном заменяет чугуны и натуральные граниты. Из синтеграна изготавливают детали с высокой коррозионной стойкостью и с малой теплопроводностью; базовые детали станков; приборы и другое оборудование [11]. Детали, изготовленные из синтегарна по сравнению с

чугуном имеют более высокую демпфирующую способность (в 4—6 раз), низкую теплопроводность (в 20 раз ниже, чем у чугуна), высокую коррозионную стойкость, высокую размерную стабильность, благодаря чему увеличивается точность изготовливаемой детали и при их использовании в конструкции режущего инструмента повышается стабильность режущего инструмента [11, 91].

По сравнению с натуральным гранитом трудоемкость изготовления деталей из синтеграна при механической обработке снижается. К тому же, из синтеграна можно изготовить такие конструкции детали, которые невозможно получить из натурального гранита [110].

Сравнительные анализы работы [89] показали, что эффект демпфирования синтеграна значительно выше чем эффект демпфирования серого чугуна (почти в 3 раза). При использовании синтеграна производители координатно-измерительных машин компании ITW Philadelphia Resins Polymer Casting Division в США наблюдали повышение сроков службы режущих инструментов и улучшение качество поверхности получаемой детали. В немецкой компании ElbShliff Werkzeugmachinen при ипользовании этого КМ наблюдали уменьшение вибрации и неустойчивости как функции от изменения температуры.

Исследование в работе [82] на технологические особенности процесса точения конструктивно-сложных поверхностей деталей инструментов из композитов подтверждает высокую работоспособность инструментального материала и возможность обеспечить стабильно высокое качество (Ra=0,63—1,25 мкм) в широком диапазоне резания. Результаты этого исследования внедрены в машиностроительные предприятия Курской области, что позволило получить суммарный экономический эффект в размере более 400 тыс. рублей, в ценах 2006-2011 г.

Сравнительные анализы в работах [1, 72, 74] показали, что при использовании синтеграна в державке токарных резцов снижается вибрация; охлаждается режущая пластина и державка; демпфирующая способность державки повышается в 8—12 раз и стойкость державки по сравнению с

державками резца из стали повышается на 25—30% и снижается шероховатость обработанной поверхности в 1,5—1,7 раза при одинаковых режимах резания.

Керамика - это поликристаллический материал, влияющий на конкурентоспособность и уровень промышленной продукции. По сравнению с металлическими и полимерными материалами керамические материалы имеют высокую коррозионную стойкость и низкую плотность и за счет изменения структуры, возможно, регулировать свойства материала в широких пределах.

По составу керамику делят на кислородную и бескислородную, боридную, карбидную, нитридную и др. Кислородная керамика состоит из оксидов металлов и неметаллических элементов (магния, бериллия, алюминия, циркония, кремния, титана).

В качестве основы оксидной керамики применяется оксид алюминия (А1203), в котором добавляют оксид циркония ^Ю2) чтобы предотвращать образование трещин. В результате материал имеет повышенную химическую стойкость, но недостаточную термостойкость.

Смешанная керамика, усиленная карбонитридами титана или карбидами (Т1(С,Ы), НС), обладает повышенной теплопроводностью и прочностью. Если армировать керамику нитевидными кристаллами карбида кремния (81Сш) с применением СОЖ повышается ее прочность. Такая керамика используется для обработки сплавов из никеля [23, 33, 73, 84].

Удлиненные кристаллы керамики на основе нитрида кремния (81зЫ4) образуют материал с высокой прочностью. Пластины, изготовленные из керамики с нитридами кремния, для обработки серого чугуна успешно применяются, однако их применение для обработки других материалов ограничено из-за их недостаточной химической стойкости. Керамика сиалон ^АКЖ) обладающая улучшенной химостойкостью и прочностью самоармирующейся структуры из нитрида кремния, идеально подходят для обработки жаропрочных сплавов [49].

Керамические материалы имеют повышенную хрупкость, высокую твердость, низкое сопротивление ударным нагрузкам и изгибу. Для ликвидирования этих недостатков используют керметы. Керметы получают

спеканием керамических и металлических порошков. Они имеют высокие прочностные свойства, химическую стойкость, высокую тепло- и электропроводимость. В машиностроении из них изготавливают режущий инструмент, электрический скользящий контакт, подшипники скольжения, в авиационной и космической технике из них изготавливают камеры сгорания ракет и авиационные двигатели и т.д.

В современном машиностроении применение керамики постоянно увеличивается. Она многообразна по химическому составу и физико-механическим характеристикам. Керамика может работать при высоких температурах, ее плотность в два-три раза меньше, чем у жаропрочных материалов, твердость близка к твердости алмаза, она имеет отличные диэлектрические характеристики и высокую химическую стойкость. Режущий инструмент из керамки обладает высокой износостойкостью, высоким демпфирующим свойством, высокой твёрдостью и химической инертностью при резании большинства металлов. Следовательно, благодаря этим свойствам керамика существенно превосходит твердые сплавы и быстрорежущие стали и можно повысить скорости механической обработки при обработке стали и чугуна [118, 119].

В 2000 г. исследование, проведенное национальным бюро стандартов США, показало, что использование керамических материалов позволило экономить ресурсы страны более 3 млрд. долларов. При обработке резанием это было достигнуто использованием транспортных двигателей, детали которых были изготовлены из керамики, керамических материалов и оптокерамики для передачи информации. Помимо этого применение керамики позволило снизить расход дорогих и дефицитных металлов: хрома, кобальта и никеля в тепловых двигателях, титана и тантала в конденсаторах, кобальта и вольфрама в режущих

а •

инструментах [73].

Компанией Ssangyoung Ceramic разработаны прогрессивные марки керамических материалов, обладающих повышенной теплостойкостью, высокой прочностью и износостойкостью. Повышение физико-механических свойств

данных материалов обеспечено за счет горячего износостатического прессования. Они имеют следующие преимущества: высокая скорость резания, в среднем и в три раза выше, чем у твердосплавных пластин; увеличение срока службы за счет лучшей износостойкости; превосходное качество обработанной поверхности [37, 123].

Сменные многогранные пластины (СМП) из керамики увеличивают производительность до 10 раз, стойкость в 5 раз по сравнению с напайных резцов [46]. По сравнению с твердосплавными резцами, СМП из режущей керамики применяется при более высоких скоростях резания, так как ее твердость с нагревом снижается значительно меньше, а ее производительность повышается [44].

При чистовом и получистовом точении и растачивании на станках, которые имеют высокую жесткость, керамику целесообразно использовать вместо твердого сплава.

Японская фирма "Sumitomo Electric" разработала керамику без покрытий "NS260", которая наиболее эффективна при скоростной обработке чугуна как с применением СОЖ, так и всухую. Эта керамика имеет высокую ударную вязкость и высокую стойкость инструмента. Благодаря этим характеристикам скорость резания по сравнению с общепринятых при точении стали повышается до 600 м/мин [48]. Исследование работы [49] показало, что при использовании резцов, оснащенных режущей керамикой, при точении сталей типа 45, 45Х, 40X13, 35ХГСА режущие свойства увеличиваются и можно достигнуть 8-9 квалитет точности их обработки и шероховатости 1,25—2,5 мкм. Армирование матрицы режущей керамики волокнами или дисперсными частицами материала с высокой модулью упругости, снижает хрупкость и повышает ее стойкость к тепловому удару [95].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Горбани Сиамак, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Алексеев, Г. А. Проектирование инструмента / Г. А. Алексеев, В. А. Аршинов, Р. М. Кричевская. — М.: Машиностроение, 1979. — 384 с.

2. Амосов И. С. Вибрация при точении и методы борьбы с ними / И.С. Амосов. — Ленинград: 1952. —22 с.

3. Амосов, И. С. Точность, вибрации и чистоты поверхности при токарной обработке / И. С. Амосов, В. А. Скарагон. — Москва, 1958. — 47 с.

4. Анциферов, В. Н. Новые материалы / В. Н. Анциферов, Ф. Ф. Бездудный и др. — Москва, 2002. — 736 с.

5. Астафьева, Е. А. Технология конструкционных материалов / Е. А. Астафьева. — Красноярск, 2008. — 454 с.

6. Арфауи, А. Б. С. Исследование влияния параметров режима резания и режущего инструмента с учетом интенсивности напряженно-деформированного состояния в зоне стружкообразования на устойчивость резания. Дисс. ... канд. техн. наук: Арфауи Амор Бен Салах. — Ленинград, 1985. — 220 с.

7. Аршинов, В. А. Резание металлов и режущий инструмент / В. А. Аршинов, Г. А. Алексеевич. —М.: Машиностроение, 1976. — 410 с.

8. Багдасарян, Г. Б. Изучение влияния режимов резания и износа режущего инструмента на шероховатость обработанной поверхности с применением инструмента наименьшего сопротивления / Г. Б. Багдасарян, М. Е. Арутюнян // Изв. HAH РА и ГИУА. Сер. ТН. — 2007. Т. LX, 2. — С. 223 - 228.

9. Баранчиков, В. И. Обработка специальных материалов в машиностроении / В. И. Баранчиков, A.C. Тарапанов, Г.А. Харламов. — Москва, 2002.—264 с.

10. Бармин, Б. П. Вибрации и режимы резания / Б. П. Бармин. — М. : Машиностроение, 1972. — 72 с.

11. Барт, В. Е. Примение синтеграна в станкостроении / В. Е. Барт, Г. С. Санина, С. А. Шевчук. // Станки и инструмент. — 1993.— № 1. — С. 15 - 17.

12. Белов, П. С. Повышение качества обработки за счет улучшения конструктивно-технологических параметров резцов: Дисс. ... канд. техн. наук. / Белов Павел. Сергеевич. —Москва, 2012. — 182 с.

13. Бобров, В. Ф. Основы теории резания металлов / В. Ф. Бобров. — Москва, 1975. —343 с.

14. Бородкин, Н. Н. Повышение устойчивости технологической системы при использовании резцов со структурированными державками: Дисс. ... канд. техн. наук. / Н. Н. Бородкин — Тула, 2011 г. — 400 с.

15. Васильев В. В. Композиционный материалы: справочник / В. В. Васильев. — М.: 1990. — 510с.

16. Васин С.А. Эксперементальная методика определения реономных свойств композиционных материалов / С. А. Васин, В. И. Желтов, Е. Н. Суманеева // В сб. «Прикладные проблемы прочности и пластичности. Методы решения» —Вып. 56 —М.:КМК. 1997.-е. 113 — 119.

17. Васин С. А. Экспериментальное исследование термореологии стеклопластиков. / С. А. Васин, В. И. Желтов, Е. Н. Суманеева, Д. А. Дехтяр // ТулГУ. Серия «Математика. Механика. Информатика» — Т.2 Выпуск 2: Механика — Тула: 1996. с. 23 — 31.

18. Васин С.А. Динамика процесса точения / Л.А. Васин. Тула — ТулГУ.: 2000, —194 с.

19. Васин С.А. Динамика режущего инструмента с корпусами из нетрадиционных материалов / С.А. Васин. —Тула — ТулГУ.: 2002. — 168 с.

20. Вибрация в технике. Справочник в 6-х томах. Том 5. — М.: Машиностроение. 1981.

21. Водопьянов, В. И. Исследование демпфирующих свойств материала / В. И. Водопьянов и др. —ВолгГТУ: Волгоград, 2001. —- 120с.

22. Досько, С. И. Способы оценки эффективности введения дополнительного демпфирования в инструментальные системы станков / С. И. Досько, А. В. Маркин. // МГТУ «Станкин» — 2011. — № 1 (13), — с. 79 - 82.

23. Драгун А. П. Режущий Инструмент. — Л.: Ленидат. 1986 г. — 271 е., ил. (для молодых рабочих).

24. Дрожин, В. Ф. Резцы с механическим креплением сменных многогранных твердосплавных пластин для станков с ЧПУ и гибких производственных систем / В. Ф. Дрожин, Л. С. Дрожин. - Харьков : ХПИ, 1987. — 87 с.

25. Дыков, А. Т. Прогрессивный режущий инструмент в машиностроении / А. Т. Дыков, Г. И. Ясинский. — М.: Машиностроение, 1972. — 224 с.

26. Жигалко, Н. И. Обработка материалов, станки и инструменты / Н. И. Жигалко, Е. С. Яцура. — МН. выш. шк., 1984. — 373 с.

27. Зюзин, А. А. Конструкционные и защитно-отделочные материалы / А. А. Зюзин, Б. Н. Казьмин. — Лепецк, 2008. — 179 с.

28. Ивщенко, Л. И. Повышение эффективности процесса резания металлов изменением условий нагружения в контакте инструмента и заготовки./ Л. И. Ивщенко, В. В. Цыганов, П. В. Глушко. // Оптим1защя виробничих процес1в: зб. наук. пр. Вип. 12. — Севастополь: Вид-во СевНТУ, — 2010 г. — С. 43 - 46.

29. Исаев, П. П. Обработка металлов резанием / П. П. Исаев, А. А. Богданов. —Москва, 1959. — 336 с.

30. Каширин, А. И. Исследование вибрации при резании металлов / А. И. Каширин. —Москва, 1944. — 135 с.

31. Козочкин, М. П. Станки с ЧПУ с системами диагностики / М. П. Козочкин, Ф. С. Сабираев, А. Р. Маслов // ИТО: Инструмент-технология-инструмент.— 2010.—№6. — С. 34-35.

32. Кокарев В. И. Применение статистических методов планирования эксперимента при идентификации процесса эксплуатации режущего инструмента / В. И. Кокарев. — Москва, 2012. — 53 с.

а о

33. Корягин, С. И. Способы обработки материалов / С. И.Корягин, И. В. Пименов, В. К. Худяков. — Калинград, 2000. — 187 с.

34. Кошелова, А. А. Повышение эффективности процесса точения на основе учета динамических параметров подсистем «заготовка - инструмент»: Дисс. ... канд. техн. наук. / А. А Кошелова. — Тула, 2009. — 468 с.

35. Кудинов, В. А. Динамика станков / В. А. Кудинов. — М. : Машиностроение, 1967. —359с.

36. Кудинов, В. А. Динамическая характеристика резания / В. А. Кудинов. // Станки и инструмент. — 1963. —№10. — с. 1—7.

37. Кумабэ, Д. Вибрационное резание / Д. Кумабэ. — М. : Машиностроение, 1985. —424 с.

38. Леонов, С. Л. Прогнозирование автоколебаний при точении металлов / С. Л. Леонов, Е. Б. Белов. — Алтайский Государственный технический университет, http://www.tspu.tula.ru/.

39. Лобанов, А. Н. Разориентация текстуры державки режущего инструмента с целью повышения виброустойчиыости / А. Н. Лобанов. — Санкт-Петербург, ГОУ ВПО «Северо-Западный государственный заочный технический. УДК 621.9.02-229. http://www.tspu.tula.ru/.

40. Локтев, А. Д. Основные направления работ по улучшению использования режущего инструмента / А. Д. Локтев. // Станки и инструмент. — 1986.—№6. —с. 14-15.

41. Макаров, А. Д. Оптимизация процесса резания / А. Д. Макаров —М. : Машиностроение, 1976. — 278 с.

42. Материаловедение и технология металлов. Под ред. Г.П. Фетисов. — М.: Высш. шк., 2001. — 638 с.

43. Мосейкин, А. С. Перспективы развития режущей керамики / А. С. Мосейкин, А. А. Максимов, Г. Г. Тихонова. // Станки и инструмент. — 1990. — №10.—С. 22-23.

44. Музыкант, Я. А. Система токарных резцов с механическим креплением пластин / Я. А. Музыкант, А. И. Семенчеко, А. Д. Локтев // Станки и инструмент. — 1986,—№ 3, —С. 26-28.

45. Музыкант, Я. Д. Прогрессивные конструкции резцов с пластинами из керамики / Я. Д. Музыкант, О. Е. Пелиграмм, А. А. Зленко // Станки и инструмент. — 1990. —№10. — С. 14 - 16.

46. Орликов, М. Л. Динамика станков / М. Л. Орликов — Киев.: высшая школа, 1989. — 273 с.

47. Петрушкин, С.И. Оптимизация свойств материала в композиционной режущей части лезвийных инструментов / С. И. Петрушкин, Б. Д. Даниленко, Ретюнский О.Ю. — Томск, — 1999. — 103 с.

48. Позняк, Г. Г. Повышение стабильности процесса резания на основе моделирования динамики рабочего пространства технологических систем: Дисс. ... д-ра. техн. наук. / Г. Г. Позняк. — Москва, 2002. — 478 с.

49. Пучкин, В. Н. Повышение работоспособности токарных резцов, оснащенных режущей керамикой, при точении труднообрабатываемых сталей: Дисс. ... техн. наук. /В. Н. Пучкин. —Ростов-На-Дону, 2009. — 174 с.

50. Редкин, В. Е / В. Е. Редкин, С. В. Рылов, Д. П. Сиротенко // Станки и инструмент. — 1963. —№12. — С. 20 - 21.

51. Резец. Патент России № 2009770 С1, кл. В23В 27/00, опублик. 30.03.94, бюл. № 6.

52. Резец. Патент России № 1750850 А1, кл. В23В 27/00, опублик. 30.07.92, бюл. № 28.

53. Резец. Патент России № 1648640 А1, кл. В23В 27/00, опублик.

15.01.91, бюл. № 18.

54. Резец. Патент России № 1779466 А1, кл. В23В 27/00, опублик.

07.12.92, бюл. №45.

55. Резец. Патент России № 1779468 А1, кл. В23В 27/00, опублик.

07.12.92, бюл. №45.

56. Резец. Патент России № 1796349 А1, кл. В23В 27/00, опублик.

23.02.93, бюл. № 7.

57. Резец. Патент России № 2012440 С1, кл. В23В 27/00, опублик.

15.05.94, бюл. №9.

58. Резец. Патент России № 2011478 С1, кл. В23В 27/00, опублик. 30.04.94, бюл. № 8.

59. Резец. Патент России № 2009769 С1, кл. В23В 27/00, опублик. 30.03.94, бюл. № 6.

60. Резец. Патент России № 2009771 С1, кл. В23В 27/00, опублик. 30.03.94, бюл. № 6.

61. Резец. Патент России № 2217267 С1, кл. В23В 27/00, опублик. 27.11.2003, бюл. №33.

62. Резец. Патент России № 2280542 С1, кл. В23В 27/00, опублик. 27.07.2006, бюл. №21.

63. Резец. Патент России № 1306650 А2, кл. В23В 27/00, опублик. 30.04.87, бюл. № 16.

64. Резец. Патент России № 1342604 AI, кл. В23В 27/00, опублик. 07.10.87, бюл. № 16.

65. Резец. Патент России № 1802757 A3, кл. В23В 27/00, опублик. 15.03.93, бюл. № 10.

66. Резец. Патент России № 1673282 AI, кл. В23В 27/00, опублик.

30.08.91, бюл. №32.

67. Резец. Патент России № 1450918 AI, кл. В23В 27/00, опублик. 15.01.89, бюл. №2.

68. Резец. Патент России № 1708532 AI, кл. В23В 27/00, опублик.

30.01.92, бюл. №4.

69. Резец. Патент России № 1726148 AI, кл. В23В 27/00, опублик. 15.04.92, бюл. № 14.

70. Рогов, В. А. Конструкционные и функциональные материалы современного машиностроения / В. А. Рогов. — М. : Изд-во Масштаб, 2006. — 736 с.

71. Рогов, В. А. Резцы с державками из новых конструкционных материалов / В. А. Рогов // СТИН. — 1996. — № 5. — С. 20 - 23.

72. Рогов, В. А. Новые материалы в машиностроении: Учебное пособие / В. А. Рогов, В.В. Соловьев, В.В. Копылов — Москва, 2008. —324 с.

73. Рогов, В. А. Токарные резцы с комбинированными державками / В. А. Рогов // СТИН. — 1994. — № 5. — С. 13-15.

74. Руднев, Д. В. Оптимальная конструкция инструмента и режимы точения неметаллических материалов типа стеклотекстолита / Д. В. Руднев, Б. П. Штучный // Станки и инструмент. — 1963. — №11. — С. 23 - 25.

75. Рыжкин, А. А.. Режущий инструмент / А. А. Рыжкин, К. Г. Шучев, А. Г. Схиртладзе, А. И. Боков, М. М. Алиев. — Ростов н/Д: Фенникс, 2009. — 405 с.

76. Самойлов, В. С. Применение резцов, оснащенных режущей керамикой, при токарной обработке / В. С.Самойлов // Станки и инструмент. — 1990.—№10, —С. 18-19.

77. Сахаров, Г. Н. Совершенствование элементов крепления в сборном режущем инструменте / Г. Н. Сахаров, В. А. Ильиных, В. Ю. Конюхов. — Станки и инструмент. — 1990. — №11. — С. 22 - 23.

78. Семенченко, И. И. Проектирование металлорежущих инструментов / И. И. Семенченко, В.М. Матюшин, Г. Н. Сахаров. - Москва, 1963. — 956 с.

79. Соловьев, В. А. Ситалл из прессованных и спеченных порошков плавного базальта / В. А. Соловьев, Э. П. Сысоев, А. А.Тряпкин, Я.Л. Грушевский, И.С. Любимов. Стекло и керамика. — Москва. ISSN 0131 - 9582, 1987. № 10.

80. Справочник по композиционным материалам. В 2 кн.: Пер. с англ.: / Под ред. Дж. Любина. — М. : Машиностроение, 1988. Кн. 1. — 448 с. ; Кн. 2. — 584 с.

81. Фомичев, Е. Н. технологические особенности процесса точения

конструктивно-сложных поверхностей деталей инструментов из композитов :

• »

дисс. ... канд. техн. наук./Е. Н. Фомичев - Волгород, 2001.

82. Черпаков, Б.И. Металлорежущие станки / Б. И. Черпаков, Т. А. Альперович. — Москва, 2003. —369 с.

83. Шевченко, В. Г. Основы физики полимерных композиционных материалов. Учебное пособие для студентов по специальности «композиционные материалы» / В. Г. Шевченко. —Москва, 2010. — 99 с.

84. Юликов, М. И. Проектирование и производства режущего инструмента / М. И. Юликов, Б. И. Торбанов, Н. В. Колесов. — Москва, 1987. — 297 с.

85. Ящерицын, П. И. Теория резания / П. И. Ящерицын, Е.Э. Фельдштейн, М. А. Корниевич. — Москва, 2007. — 512 с.

86. Akovali, G. Handbook of Composite Fabrication / G. Akovali, N. Uyanik.

— Ankara, 2001. — 205 p.

87. Ali Riza, Motorcu. The Optimization of Machining Parameters Using the Taguchi Method for Surface Roughness of AISI 8660 Roughness of AISI 8660 / Ali Riza Motorcu // Journal of Mechanical Engineering. — 2010. — Vol 56 (6). —pp. 391 -401.

88. Antonio, Piratelli-Filho. Behavior of Granit-epoxy composite beams subjected to mechanical vibration / Antonio Piratelli-Filho, Flamino Levy-Neto // Materials Research. —2010. —№13(4): —pp. 497 - 503.

89. Chockalingam, P. Surface Roughness and Tool Wear Study on Milling of AISI 304 Stainless Steel Using Different Cooling Conditions / P. Chockalingam, Lee Hong Wee.// International Journal of Engineering and Technology. — 2012, — Vol.2,

— №8.—pp. 1386- 1391.

90. Daisuke, Murakami. Vibration suppressing cutting tool. United State Patent. № 7591209 B2, Int. CI. B23B 27/00. Pub. Date: Sep. 22. 2009.

91. Emre, ozlu. Analytical modeling of chatter stability in turning and boring operation - part II: Experimental verification / Emre ozlu, Erhan Budak // Journal of Manufacturing Science and Engineering. — 2007. — Vol. 129. —pp. 733 - 739.

92. Janardhan, M. Multi-objective optimization of cutting parameters for surface roughness and metal removal rate in surface grinding using response surface methodology / M. Janardhan, A. Gopala Krishna // International Journal of Advances in Engineering & Technology. —2012. — Vol. 3, —Issue 1. —pp. 270 - 283.

93. Jeffrey Patrick Schultz, Ted Ankomahene Asare, Ben David Poquette, Stephen Lynn Kampe. Ferroelastic ceramic-reinforced metal matrix composites. United State Patent. № 2007/0138917 Al. U.S. cl. 310/358. Pub. Date: Jun. 21. 2007.

94. Jun, Fujimoto. Fiber reinforced composite material and a process for the production thereof. United State Patent. № 5487928, Int. Cl. B37B 15/08. Pub. Date: Jun. 30. 1996.

95. Kaladhar, M. Application of Taguchi approach and Utility Concept in solving the Multi-objective Problem when turning AISI 202 Austenitic Stainless Steel / M. Kaladhar, K. V. Subbaiah, Ch. Srinivasa Rao, K. Narayana Rao // Journal of Engineering Science and Technology Review. — 2011. — Vol. 4 (1). —pp. 55 - 61.

96. Kipplan Hunter, Salvatore L. Liguoure. Composite material with improved damping characteristics and method of making same. United State Patent. № 6764754 Bl, Int. Cl. B23B 27/12. Pub. Date: Jul. 20. 2004.

97. Malkin, A. Ya. Experimental methods of polymer (Measurment of mechanical properties, viscosity and diffusion) / A.Ya., Malkin, A. A. Askadsky, V. V. Kovriga, A. E Chalykh. — Moscow, 1983. —317 p.

98. Mohammed,T. Hayajneh. A Study of the Effects of Machining Parameters on the Surface Roughness in the End-Milling Process / T. Mohammed Hayajneh, S. Montasser Tahat, Joachim Bluhm. // Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering. —2007. —Vol. 1(1). — pp. 1 - 5.

99. Mustafa, Gunay. Application of Taguchi method for determining optimum surface roughness in turning of high-alloy white cast iron / Gunay Mustafa, Yucel Emre // Measurement. —2013. —Vol. 46. — pp. 913 - 919.

100. Norihito, Kimura, Akihiro Shibahara. Heat-resistant vibration damping rubber composition. United State Patent. № 2003/0220438, Int. Cl. C08F 3/34. Pub. Date: Nov. 27. 2003.

101. Ojolo, S. J. Investigation into the effect of tool-chip contact length on cutting stability / S. J. Ojolo, O. Awe. // Journal of Emerging Trends in Engineering and Applied Sciences (JETEAS). — 2011. — № 2 (4): — pp. 626 - 630.

102. Orban, F. Damping of materials and members in structures / F. Orban //5th International Workshop on Multi-Rate Processes and Hysteresis. Journal of Physics: Conference Series 268. — 2011, 012022.

103. Pratesh, Jayaswal. An investigation of tool condition monitoring / Pratesh Jayaswal, Nidhi Gupta // International Journal of Engineering Science and Technology. — 2012. — Vol. 4, —№ 8. —pp. 3858 - 3865.

104. Rainer, J. H. Damping in dynamic structure-foundation interaction / J. H. Rainer // Canadian geotechnical journal. —1975.. — Vol. 12. — № 1. — pp. 13 - 22.

105. Rakesh, K. Patel. Parametric analysis of surface roughness (SR) and material removal rate (MRR) of harden steel on CNC turning using ANOVA analysis: A review / K. Patel Rakesh, H. R. Prajapati // International Journal of Engineering Science and Technology. — 2012. — Vol. 4, № 07. — pp. 3111 - 3117.

106. Rocard, Y. General dynamics of vibration / Y. Rocard. — Paris, 1960. —

522 p.

107. Rodrigues, L. L. R. Effect of Cutting Parameters on Surface Roughness and Cutting Force in Turning Mild Steel / L. L. R. Rodrigues, A.N. Kantharaj, B. Kantharaj, W. R. C. Freitas, B.R.N. Murthy // Research Journal of Recent Sciences. — 2012. — Vol. 1(10).—pp. 19-26.

108. Safeen, Y. Kassab. The Effect of Cutting Tool Vibration on Surface Roughness of Workpiece in Dry Turning Operation / Y. Kassab Safeen, K. Younis Khoshnaw. // Eng. & Technology. —2007. — Vol.25, —№.7. — pp. 879 - 889.

109. Selvakumar, A. Analysis of alternative composite material for high speed precision machine tool structures / A. Selvakumar, P.V. Mohanram // ANNALS of Faculty Engineering Honedoara, International Journal of Engineering. —2012. —Vol 10,—№.2,—pp. 95-98.

110. Shizuo, Kitahara. Rubber composition vulcanizable, rubber composition and damping rubber vulcanizate. United State Patent. № 2005/0080199, Int. CL C08F 36/00. Pub. Date: Apr. 14. 2005.

111. Stephen, P. Sutton, Frank Principe, Michele M. Gentile. Vibration damping composite material. United State Patent. № 5965249, Int. CI. B32B 5/18. Pub. Date: Oct. 12. 1999.

112. Sudhansu, Ranjan Das. Effect of Machining Parameters on Surface Roughness in Machining of Hardened AISI 4340 Steel Using Coated Carbide Inserts / Sudhansu Ranjan Das, Amaresh Kumar and Debabrata Dhupal // International Journal of Innovation and Applied Studies. —2013. — Vol. 2. — №. 4. — pp. 445 - 453.

113. Takehiko, Taguchi, Ako Yashikawa, Shinji Lio. Vibration damping rubber having excellent durability and method of producing the same. United State Patent. № 6465607, Int. CI. C08F 6/00. Pub. Date: Oct. 15. 2002.

114. Taylor, C. M. Turner S. Process damping and cutting tool geometry in machining / C. M. Taylor, N. D. Sims // IOP Conf. Series: Material Science and Engineering. — 2011, — № 26, 012009.

115. Thamizhmanii, S. Analyses of surface roughness by turning process using Taguchi method / S. Thamizhmanii, S. Saparudin, S. Hasan // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. — 2007. — Vol. 20. — Issues 1-2. pp. 503 - 506.

116. Yasuyuki Ohiro, Tatsuya Aoki. Vibration-damping engineering plastics. United State Patent. № 7351757 B2, Int. CI. C08K 5/34. Pub. Date: Apr. 01. 2008.

117. www.allshtukatur.ru

118. www.grand-etalon.biz.ua

119. www.materiology.info

120. www.mirstan.ru

121. www.ssangvong.co.za

122. www.tatinstrument.ru