Повышение эффективности изготовления деталей из титановых сплавов

• Автор: Короп, Александр Дмитриевич
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Белгород
• Количество страниц: 171 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1Л ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
1.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
1.3 ОСОБЕННОСТИ РЕЗАНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
1.4 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ТИПОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
1.5 СОВРЕМЕННАЯ ТЕРМИНОЛОГИЯ ПРОЦЕССА ФРЕЗЕРОВАНИЯ
1.5.1 КИНЕМАТИКА И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ
1.5.2 СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ФРЕЗУ. МОЩНОСТЬ РЕЗАНИЯ..
1.6 ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
1.7 НАЗНАЧЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА
2.1 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ
2.2 ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ОП ТИМИЗАЦИИ И ОГРАНИЧИВАЮЩИХ ФАКТОРОВ
2.3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МОЩНОСТИ РЕЗАНИЯ
2.4 ПРОГРАММА ЭВМ ДЛЯ РАСЧЕТА ТРЕБУЕМОЙ МОЩНОСТИ ГЛАВНОГО ПРИВОДА
2.4 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПТИМИЗАЦИИ ФРЕЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФРЕЗЕРНОЙ ОПЕРАЦИИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ТИТАНОВОГО СПЛАВА
3.1. ЭКСПЕРИМЕТ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ МОЩНОСТИ РЕЗАНИЯ
3.1.1 УСЛОВИЯ, ОБРАЗЦЫ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1.2 МЕТОДИКА РЕГИСТРАЦИИ МОЩНОСТИ РЕЗАНИЯ В ХОДЕ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

3.1.3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ФРЕЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ПРИ ПОМОЩИ МКЭ
3.1.4 ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1.5 СРАВНИТЕЛНЬНЫЙ АНАЛИЗ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
3.2. ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ЖЕСТКОСТИ КОНЦЕВОЙ ФРЕЗЫ, ЗАКРЕПЛЕННОЙ В ЦАНГОВОМ ПАТРОНЕ
3.2.1. МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ЖЕСТКОСТИ
3.2.2. СРАВНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ С ТЕОРЕТИЧЕСКИМИ ДАННЫМИ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
4.1 ВЫБОР РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ, ДОПУСТИМЫХ МОЩНОСТЬЮ ОБОРУДОВАНИЯ
4.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ СИЛЫ, ДОПУСКАЕМОЙ ЖЕСТКОСТЬЮ ФРЕЗЫ
4.3 МЕТОДИКА НАЗНАЧЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
4.4 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛИ «КРОНШТЕЙН» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДИКИ НАЗНАЧЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ
4.5 СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
4.6 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
4.7 ВАРИАНТЫ МОДЕРНИЗАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ И СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Применение титановых сплавов в авиа- и ракетостроении позволяет значительно улучшить летные характеристики аппаратов. Основными преимуществами титановых сплавов по сравнению с другими конструкционными материалами являются высокая удельная прочность и хорошая коррозионная стойкость в большинстве агрессивных сред. Оборотной стороной высоких значений физико-механических свойств является низкая обрабатываемость резанием данных материалов.
Основной причиной плохой обрабатываемости титановых сплавов является возникновение больших сил и высоких температур в зоне резания. Производство авиационных деталей характеризуется большими объемами снимаемого припуска (до 80 - 90% от объема заготовки), в сочетании с низкой скоростью резания данных материалов это приводит к значительным материальным затратам на механическую обработку.
Современная инструментальная промышленность предлагает высокопроизводительный инструмент для обработки титановых сплавов, тем не менее, скорость изготовления деталей из титановых сплавов очень низкая (например, для некоторых изделий машинное время составляет 300 - 400 ч). Применение современных обрабатывающих центров позволяет сократить сроки изготовления. Но стоимость содержания и эксплуатации данного оборудования очень высокая, и часто его возможности используются нерационально, поэтому в данных случаях сокращение машинного времени не приводит к значительному снижению себестоимости продукции.
Повышение эффективности изготовления деталей из титановых сплавов, направленное на рациональное использование имеющегося оборудования и инструмента за счет поиска оптимальных параметров операции механической обработки, в настоящее время является актуальной задачей для предприятии космической и авиационной промышленности.

Таблица 1.
Современные марки твердых сплавов, рекомендуемые для фрезерования титановых сплавов
№ Обозначение Производитель Область применения по ISO
1 Х500 Stellram S20-S
2 СТС5240 Ceratizit M30-M
3 IN2005 Ingersoll M15-M
4 F40M Seco S15-S
5 Т350 Seco S15-S
6 S3 ОТ Sandvik S20-S
7 КС725М Kennametal M15-M
8 IC908 Iscar S15-S
9 IC328 Iscar S25-S
10 HCS35 СКИФ-М S20-S
Сменные многогранные пластины из приведенных марок твердых сплавов имеют многослойное износостойкое покрытие, которое значительно повышает стойкость. Производители не приводят точный химический состав твердых сплавов - это является коммерческой тайной и сохраняет конкурентоспособность инструмента.
1.7 НАЗНАЧЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РЕЗАНИЯ ПРИ ФРЕЗЕРОВАНИИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ
Эффективность и качество изготовления деталей зависит от рационального проведения процессов обработки металлов резанием, которое достигается в том случае, если:
1. режущая часть инструмента имеет оптимальные геометрические параметры;
2. обработка заготовок ведется с технически и экономически обоснованными режимами резания;