Разработка режущих пластин из нитридной керамики для предварительной механической обработки деталей

• Автор: Кузин, Валерий Викторович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 411 с. : ил.

ГЛАВА 1. ПЕРСПЕКТИВЫ И ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ С КЕРАМИЧЕСКИМИ РЕЖУЩИМИ ПЛАСТИНАМИ

1.1. Технико-экономическая эффективность применения инструментов

с керамическими режущими пластинами

1.2. Разработка и изготовление керамических режущих пластин

1.3. Эксплуатация инструментов с керамическими режущими пластинами

1.4. Тенденции совершенствования керамических режущих пластин

1.5. Выводы. Цель и задачи исследования

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДЫ ОТКАЗОВ КЕРАМИЧЕСКИХ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН

2.1. Анализ факторов, определяющих отказы керамических режущих пластин

2.2. Разработка комплексной методики исследования термомеханической напряженности, изнашивания и разрушения керамических режущих пластин
2.3. Исследование термомеханической напряженности керамических режущих пластин при эксплуатации
2.3.1. Контактные процессы при резании инструментами
с керамическими режущими пластинами
2.3.2. Температура и термические напряжения в керамических режущих пластинах
2.3.3. Построение физической модели процесса резания инструментами
с керамическими режущими пластинами
2.4. Выявление причин отказов керамических режущих пластин
2.4.1. Кинетика изнашивания керамических режущих пластин
2.4.2. Исследование характера разрушения керамических режущих
пластин
2.5. Формирование методологического подхода к разработке керамических режущих пластин
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО И НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯКЕРАМИЧЕСКИХ РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН
3.1. Построение математической модели керамической режущей пластины
3.1.1. Разработка расчетной схемы
3.1.2. Постановка задач теплопроводности и термоупругости
3.1.3. Алгоритмы решения поставленных задач
3.1.4. Разработка программного и методического обеспечения автоматизированной системы термопрочностных расчетов керамических режущих пластин
3.1.5. Проверка адекватности построенной математической модели
3.2. Моделирование термомеханической напряженности керамических режущих пластин
3.2.1. Методика проведения экспериментов
3.2.2. Тепловое и напряженное состояние керамических режущих пластин при разных условиях внешнего нагружения
3.2.3. Влияние свойств обрабатываемого материала на термомеханическую напряженность керамических режущих
пластин
3.2.4.Влияние свойств керамики на тепловое и напряженное состояние режущих пластин
3.2.5. Напряженное состояние режущих пластин из неоднородной керамики
3.2.6. Влияние покрытия на термомеханическую напряженность керамических режущих пластин
3.2.7. Влияние геометрических параметров лезвия керамической

режущей пластины на ее напряженное состояние
3.3. Разработка метода проектирования керамических режущих пластин
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА РЕЖУЩИХ ПЛАСТИН ИЗ НИТРИДНОЙ КЕРМИКИ И ТЕХНОЛОГИИ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
4.1. Разработка инструментальной керамики из нитрида кремния
4.1.1. Определение базового состава инструментальной керамики
4.1.2. Разработка инструментальной керамики из нитрида кремния, упрочненной дисперсными частицами
4.1.3. Разработка инструментальной керамики из нитрида кремния, армированной нитевидными кристаллами
4.2. Разработка технологии заточки режущих пластин из нитридной керамики
4.2.1. Исследование процесса шлифования режущих пластин
из нитридной керамики
4.2.2. Особенности формирования поверхностного слоя режущих пластин из нитридной керамики
4.2.3. Управление процессом формообразования лезвия режущих пластин из нитридной керамики
4.3. Разработка режущих пластин из нитридной керамики с покрытием
4.4. Разработка систем обеспечения качества и экологической безопасности при изготовлении режущих пластин из нитридной керамики
4.5. Выводы
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТАМИ С РЕЖУЩИМИ ПЛАСТИНАМИ ИЗ
НИТРИДНОЙ КЕРМИКИ
5.1. Анализ эксплуатационных показателей разработанных режущих пластин при обработке деталей из разных конструкционных материалов
5.1.1. Обработка деталей из чугунов

При заточке керамических режущих пластин образуются трещины и формируются остаточные напряжения, которые изменяют состояние их поверхностного слоя и прочность [53]. Влияние этих факторов на прочность керамических образцов имеет противоречивый характер. Например, в работе [198] показано, что удаление шлифованием поверхностных дефектов со спеченных заготовок из оксидной керамики приводит к увеличению их прочности на 10-20 %. Однако в работах [159, 206] установлено, что прочность заготовок из нитридной керамики несколько снижается после шлифования.
Вместе с тем все исследователи сходятся во мнении, что присутствие дефектов на режущей части керамических инструментов изменяет характер и интенсивность его изнашивания, особенно на начальном этапе эксплуатации. При этом очагами первоначального разрушения лезвия режущей пластины становятся локальные сколы инструментального материала, природа появления которых заложена в операции шлифования. Кроме этого, шероховатость рабочих поверхностей режущих пластин влияет на процесс трения, характер формирования контактных площадок, тепловой баланс в зоне резания и силы резания.
На качество поверхностного слоя керамических инструментов в наибольшей степени влияют характеристики алмазных кругов и режимы шлифования. В работе [198] приведены рекомендации по выбору алмазных кругов и назначению режимов шлифования режущих пластин из керамики на основе Л120з. Авторы [206] считают, что использование алмазных кругов специальной структуры позволяет в 1,5 раза повысить производительность заточки режущих пластин из нитридной керамики без снижения их прочности.
В ряде работ исследовано влияние режимов шлифования на качество керамических деталей и режущих пластин. Повышение скорости шлифования благоприятно влияет на качество поверхности керамических деталей, причем в некоторых случаях с увеличением износа алмазного круга