Исследование технологических процессов точения и растачивания крупногабаритных деталей ракет из титанового сплава ВТ6 с целью повышения их эффективности (стр. 1 )

На правах рукописи

ПОПОВ ИВАН ВЛАДИМИРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ТОЧЕНИЯ

И РАСТАЧИВАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ РАКЕТ

ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ВТ6 С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ

ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ

  Специальность 05.02.13- «Машины, агрегаты и процессы

(в машиностроении)»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск - 2014

Работа выполнена на кафедре "Производство машин и механизмов"  в ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени  ».

Научный руководитель:         доктор технических наук, профессор

                                                 

Официальные оппоненты:	доктор технических наук, профессор кафедры «Конструкторско-технологическая подготовка машиностроительных производств» ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени »
кандидат технических наук, главный технолог «Джет» (г. Ижевск)

Ведущая организация:                                 «МИТ»

(г. Москва)

Защита состоится «11» июня 2014 года в 1300 часов на заседании  диссертационного совета Д212.065.03ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени » по адресу 426069, .

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени », http://istu. ru.

  Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные гербовой печатью,  просим направлять по указанному адресу на имя ученого секретаря  диссертационного совета.

  Электронная версия автореферата размещена на официальном сайте ВАК  Минобрнауки России и на официальном сайте университета.

Автореферат разослан «____»_________________ 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, профессор                                        

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В ракетной технике широко используются материалы с повышенными физико-механическими свойствами. Среди них одним из наиболее распространенных, является титановый сплав ВТ6. Однако из-за его свойств обработка резанием, в т. ч. технологические процессы точения и растачивания, характеризуется действием высоких температур, и как следствие, низкой стойкостью режущего инструмента. В результате при токарной обработке крупногабаритных деталей не удается обработать всю поверхность без смены грани сменной многогранной пластины (СМП), что приводит к образованию ступеньки (до 0,5 мм) на обработанной поверхности. Кроме того, действие высоких температур (> 600оС) приводит к активному взаимодействию титана с азотом, водородом и кислородом воздуха, что ухудшает физико-механические свойства поверхностного слоя, снижая тем самым надежность работы обработанных деталей в собранном изделии. Более того, в некоторых случаях высокая температура может привести к самовозгоранию загрязненной маслами стружки с последующим интенсивным горением. Во многом поэтому, при токарной обработке крупногабаритных деталей ракет из титанового сплава ВТ6 режимы резания назначаются субъективно с большим занижением  т. к. эксперименты при обработке реальных деталей без четких и обоснованных рекомендаций недопустимы. Особенно остро вышеперечисленные проблемы начали ощущаться в настоящее время, когда перед предприятиями оборонно-промышленного комплекса поставлена задача резкого увеличения объемов производства новых образцов ракетной техники.

В связи с вышесказанным особую актуальность приобретает исследование технологических процессов точения и растачивания на основе управления тепловыми процессами и стойкостью режущего инструмента, направленное на повышение производительности с обеспечением условий пожаробезопасности и надежности работы обработанных деталей в собранном изделии.

Целью диссертационной работы является исследование технологических процессов точения и растачивания на основе управления тепловыми процессами и стойкостью режущего инструмента, направленное на повышение производительности с обеспечением условий пожаробезопасности и надежности работы обработанных деталей в собранном изделии.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести исследование тепловых процессов при токарной обработке крупногабаритных деталей ракетной техники из титанового сплава ВТ6 направленное на разработку методики выбора режимов резания, позволяющих для повышения надежности обрабатываемых деталей минимизировать взаимодействие титана с атмосферными газами, а так же обеспечить условия пожаробезопасности в течение требуемого периода стойкости режущего инструмента.

2. Для повышения производительности технологических процессов точения и растачивания на основании управления стойкостью инструмента обеспечить обработку поверхностей крупногабаритных деталей без перерывов.

3. Выбрать рациональный вариант СМП.

4. Произвести внедрение результатов исследований в серийное производство крупногабаритных деталей ракетной техники из титанового сплава ВТ6.

       Научная новизна заключается:

       - в решении тепловой задачи методом конечных элементов (МКЭ) и в разработке на его основании методики назначения режимов обработки, позволяющих для повышения надежности обрабатываемых деталей минимизировать взаимодействие титана с атмосферными газами и обеспечить условия пожаробезопасности;

- в разработанной методике назначения режимов обработки для точения крупногабаритных деталей из титанового сплава ВТ6, обеспечивающих стойкость режущего инструмента достаточную для обработки всей поверхности крупногабаритной детали без перерывов.

Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов.

Теоретические исследования базировались на основных положениях теории резания металлов, теории теплопроводности, теории идеализированных источников тепла и численных методов компьютерного моделирования с использованием современного программного обеспечения и средств вычислительной техники.

Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях по схеме однофакторного эксперимента с использованием промышленного оборудования и современных измерительных средств, в том числе инфракрасного пирометра Raynger 3i 2ML2. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с применением ЭВМ.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждена сравнением расчетных и экспериментальных данных, а также производственными испытаниями и промышленной апробацией полученных результатов.

Практическая ценность работы заключается:

-  в полученных эмпирических зависимостях температуры резания и стойкости режущего инструмента от режимов обработки при точении титанового сплава ВТ6;

- в разработанной методике назначения режимов обработки, позволяющих минимизировать взаимодействие титана с азотом, водородом и  кислородом воздуха, а также обезопасить производство от возможного возгорания стружки;

- в разработанной методике назначения рациональных режимов обработки, позволяющих произвести точение или растачивание всей поверхности крупногабаритных деталей  без остановки процесса резания за период стойкости режущего инструмента с обеспечением заданной точности и качества обработки;

- в представленных методологических рекомендациях по выбору рационального варианта СМП.

Реализация результатов работы.

  Результаты данной работы внедрены при изготовлении деталей ракетной техники из титанового сплава ВТ6 типа шпангоут и обечайка на завод» (г. Воткинск). В результате внедрения снижена трудоемкость обработки шести отверстий в детали «обечайка» на 90 нормо-часов и повышена производительность процесса растачивания внутренней поверхности детали «шпангоут» в 2 раза.  Результаты внедрения подтверждены актами внедрения.

       Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на межрегиональной научно-практической конференции «Развитие местного самоуправления в городах России с градообразующими предприятиями» (г. Ижевск, 2010 г.), на IX Всероссийской научно-технической конференции студентов, магистров, аспирантов и молодых ученых «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов» (г. Тула, 2012 г.), на кафедре «Производство машин и механизмов» ФГБОУ ВПО Ижевского государственного технического университета им. (2012г.).

Публикации. По содержанию работы и основным результатам исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе один аннотированный отчет по научно-исследовательской работе и три статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, результатов и выводов, списка литературы состоящего из 125 источников и приложений. Основное содержание диссертации изложено на 162 страницах и содержит 72 рисунка и 32 таблицы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность темы и представлено краткое содержание диссертации. Сформулированы цель, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен аналитический обзор основных свойств титановых сплавов, и  особенностей их обработки резанием. Проведен анализ тепловых явлений при резании титановых сплавов. Рассмотрены аналитические и экспериментальные способы определения температуры резания, в том числе бесконтактные способы с помощью инфракрасных пирометров и тепловизоров. Проанализированы факторы, влияющие на стойкость режущего инструмента.

Изучение процесса резания титановых сплавов начали проводить в СССР с 50-х гг. ученые , , и др. Однако, результаты этих работ сложно использовать при обработке крупногабаритных деталей ракетной техники без проведения дополнительных экспериментальных и теоретических исследований. Это связано с тем, что при выборе режимов резания основной задачей является нахождение такой скорости резания, которая позволила бы обработать поверхность детали за период стойкости режущего инструмента за наименьшее время.