Повышение эффективности лезвийной обработки композиционных углепластиков на основе учета их физико-механических характеристик

• Автор: Иванов, Олег Анатольевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 130 с. : ил.

1 СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ подходов к исследованию процессов лезвийной

обработки неметаллов с анизотропными свойствами

1.2 Основные пути повышения эффективности обработки неметаллов и композиционных углепластиков

1.3 Цель и задачи исследования

2 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОМПОЗИЦИОННОГО УГЛЕПЛАСТИКА

2.1 Структура и физические свойства композиционных углепластиков

2.2 -Влияние физико - химических свойств композиционного углепластика на процесс лезвийной обработки

2.3 Результаты и выводы по второй главе

3 МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

В ПРОЦЕССЕ ЛЕЗВИЙНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ УГЛЕПЛАСТИКОВ

3.1 Определение модуля упругости и деформаций при разрушении резанием лезвийным инструментом композиционного углепластика
3.2 Реологическая модель разрушения композиционных углепластиков при резании лезвийным инструментом
3.3 Моделирование процесса взаимодействия инструмента и
обрабатываемой заготовки
3.4 Результаты и выводы по третей главе
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ
ЛЕЗВИЙНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА И ТЧНОСТИ ОБРАБОТАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ
4.1 Выбор методов и средств для оценки процессов лезвийной обработке

4.2 Измерительно-вычислительный комплекс «Твердость»
4.3 Измерительно - вычислительный комплекс для проведения натурных испытаний лезвийной механической обработки
4.3.1 Тарировка измерительно - вычислительный комплекс для проведения натурных испытаний лезвийной механической обработки
4.4 Измерительно-вычислительные комплексы контроля параметров качества обработанной поверхности
и режущего инструмента
4.5 Триботехнический стенд
4.6 Результаты и выводы по четвертой главе
5 ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛЕЗВИЙНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОМПОЗИЦИОННЫХ УГЛЕПЛАСТИКОВ
5.1 Оценка сходимости теоретических и практических исследований
5.2 Повышение эффективности обработки
5.3 Результаты и выводы по пятой главе
ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Образцы и тарировочный график для проведения натурных испытаний лезвийной механической обработки
Приложение 2. Образцы и тарировочный график для проведения испытаний на ИВК «ИЗНОС»
Приложение 3. Технико-экономическое обоснование
Акты о промышленном использовании
Современный технический прогресс требует от применяемых конструкционных материалов высоких эксплуатационных свойств. Существующие материалы, в том числе металлы и их сплавы, не в состоянии удовлетворить возросшие требования по прочности, износостойкости, долговечности. На смену традиционным материалам приходят композиционные материалы. Достоинства композитов: высокие удельные прочностные и упругие характеристики, стойкость к агрессивным химическим средам, низкие тепло- и электропроводность, хорошие триботехнические характеристики (имеют низкий коэффициент трения, высокую износостойкость способны работать в режиме сухого трения), а также они экологичны. Все эти свойства позволяют применять их в промышленности и на транспорте. К таким материалам, применяемым в современном машиностроении, относят композиционные углепластики марок ФУТ и УГЭТ. Работы над созданием данных материалов начались с 70 г. XX в. Использовались данные материалы в основном в оборонной промышленности. Была разработана технология изготовления композиционных углепластиков с различной структурой и свойствами. Большой вклад в развитие данных композиционных материалов сделал ФГУП «Прометей». С наступлением в стране рыночных отношений на рынок конструкционных материалов поступило большое количество материалов, в число которых попали и композиционные углепластики ФУТ и УГЭТ. Данный материал относится к углепластикам триботехнического назначения, и используется в узлах трения энергетических установок и транспортных машин, где немалую роль играет качество и точность контактирующих поверхностей. Качество поверхностного слоя характерезуется не только шероховатость обработанной поверхности, но и физико-механические параметры, наличие инородных вкраплений, прожогов, трещин и других дефектов.
Заготовительные операции не в состоянии обеспечить требуемой точности и качества поверхности, поэтому приходится использовать дополнительные способы механической обработки. Процесс механической лезвийной обработки углепластиков в настоящее время практически целиком не изучен. Применительно к современному авиа- и судостроению известны некоторые

После ряда подстановок и преобразований окончательно получена зависимость [81] позволяющая, определять модуль упругости

Е = Е,
1 + п
(6 + «),
где параметр () определяется соотношением
(3.5)
2(1 + т)
1
1- [ 1 ущ ; Е )
1 + т
агс1%
, 1 У
1 + т
1 ущ
1 + т'
(3.6)
Функция Q зависит от ряда параметров, а именно от геометрического отношения промежутка между соседними волокнами и диаметром волокна, а также от модуля упругости полимерного связующего и модуля упругости

отдельного угольного волокна. Значение функции 0 = /(т,—) представлены на рис.3.4.

7,8

,о
' Е,/Ег 100
у / Е|ЛЕ; =20

0,1
0,2 0,3
0,4
Рис.3.4 Зависимость () от геометрических соотношений и модулей упругости волокна и связующего
Для расчетов параметров процесса резания возникает необходимость определить границы области упругой деформации, возникающей при резании лезвийным инструментом композиционных углепластиков Согласно схеме, представленной на рис. 3.5. Относительная деформация элементарного эквивалентного бруса может быть определена по формуле [81]: