Повышение эффективности лезвийной обработки изделий из композиционных материалов

Рис. 5. Наплавка расщеплённым электродом

Выводы

1. Получено минимальное проплавление основного металла при наплавке электродами аустенитного класса марки ОК 60.30 « ESAB » диаметром 2,5 мм. Доля участия основного металла в наплавленном составила 5-10%.

2. Проведенные эксперименты показали, что способ наплавки трехфазной дугой косвенного действия отличается значительно большей производительностью поцесса и позволяет обеспечить нулевое проплавление основного металла, что невозможно получить другими способами ручной дуговой наплавки.

Список литературы

1. Г.П. Михайлов. Сварка трехфазной дугой. М., Машгиз, 1956.

2. И.А. Толстов. Справочник по наплавке. Челябинск: Металлургия, 1990. - 384 с.

А.В. Большешапова, магистр., Д.В. Лобанов, д.т.н., проф. ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет»

Повышение эффективности лезвийной обработки изделий из композиционных материалов

УДК 621.9.02

В настоящее время перспективы развития новой техники связывают с широким использованием композиционных материалов, уникальность свойств которых позволяет, во многих случаях, значительно повысить эксплуатационные характеристики конструкций изделий, а также снизить трудоемкость и материалоемкость их изготовления, способствуя, тем самым, росту конкурентоспособности российских товаров на мировом рынке. Реализация возможностей эксплуатационных свойств(прочность, упругость, твердость, пластичность), заложенных в композитах, во многом зависит от степени гарантированного обеспечения качества изделий на этапе их обработки резанием.

Большое разнообразие конструкций из композиционных материалов, технологий и режимов их первичного формообразования приводит в каждом конкретном случае к созданию нового композиционного материала, что требует при принятии решения о его дальнейшей обработке резанием индивидуального подхода с учетом наследуемых признаков первичных технологий и обеспечения оптимальных свойств для предполагаемых условий эксплуатации изделия. Многообразие получаемых композиционных материалов вызывает множество задач и столько же технологических решений, связанных с проблемами их обработки резанием [1].

Одними из основных проблем при лезвийной обработке изделий из композиционных матери-

алов являются: обеспечение высокого качества поверхности в совокупности с наибольшей производительностью; определение оптималь ных режимов резания; необходимость дополни тельного исследования технологических способов повышения работоспособности и эксплуатационных характеристик режущего инструмента при обработке композитов.

При лезвийной обработке композиционных материалов главной трудностью является обеспечение качества поверхностей изделий. Это связано с анизотропией свойств композитов, наличием у них слоистой структуры высоких прочностных характеристик, низкой теплопроводности и высокой твердости наполнителя [2, 3].

В ракетной и аэрокосмической технике вопросам технологического обеспечения качества поверхностного слоя,уделяют большее внимание при изготовлении изделий из волокнистых композитов, при механической обработке которых (лезвийной и, особенно, абразивной) в результате прорезания волокон наполнителя в процессе резания образуется ворс [1].

Данные особенности не позволяют использовать технологии, применяемые при традиционном резании (металлических и неметаллических конструкционных материалов). Процесс резания композитов существенно отличается от резания традиционно используемых материалов. Непременным

условием является острота режущей кромки инструмента, призванная значительно уменьшить трение между инструментом и заготовкой. Вероятность износа инструмента также должна быть сведена к минимуму, поскольку любые изменения геометрической формы режущей кромки приведут к мгновенному росту температур в зоне резания и критическому износу инструмента [4]. Одними из важнейших требований при обработке композиционных материалов является назначение рациональных геометрических параметров инструмента и режимов резания. Они должны обеспечивать заданное качество обработанной поверхности, удовлетворять критериям производительности обработки и износостойкости режущего инструмента [5].

При обработке композиционных материалов режимные параметры и, в первую очередь, скорость резания назначают из условия отсутствия термоокислительной деструкции материала, что считают одним из обязательных требований обеспечения качества поверхностного слоя изделия. Низкие температуры начала протекания термодеструкции композиционных материалов (250...350 °С) в сочетании с крайне низкой их теплопроводностью (в 100...600 раз меньше, чем у конструкционных сталей) вызывают необходимость, несмотря на относительно небольшие удельные давления на инструмент, назначать на операциях механической обработки малые скорости резания [1, 6]. Это во многих случаях существенно ограничивает производительность обработки.

Исследования авторов в работах [1, 6, 7] показали, что в области высоких скоростей резания (25.100 м/с) при температурах, значительно (до 2.4,5 раз) превышающих критические температуры термодеструкции композиционных материалов, существует широкий диапазон условий обработки, при котором обеспечивается высокое качество поверхностного слоя. Это объясняется малым при высокоскоростной обработке, недостаточным для протекания термоокислительных процессов, временем действия контактной температуры на заготовку. Результаты исследований позволяют рекомендовать метод высокоскоростной обработки как эффективное средство, повышающее интенсивность процесса обработки резанием композиционных материалов в 50-100 раз. Применение метода может ограничиваться техническими возможностями оборудования, большими габаритами (инерционными силами) или недостаточной жесткостью заготовки.

Только индивидуальный подход к каждой отдельной операции при механической обработке композиционных материалов сможет обеспечить в итоге производительный надеж-

ный процесс производства изделий из этого непростого материала. Достижение требуемого качества на отдельной и одновременно приемлемой себестоимости её выполнения может значительно повлиять на производительность. Обеспечение требуемого качества на первой операции исключает необходимость в осуществлении доводочных манипуляций,что приведет к сокращению времени полной обработки. В условиях непрерывного развития технологии изготовления деталей из композитов растёт необходимость в появлении специализированных инструментов, учитывающих индивидуальные особенности их механической обработки [4].

Одним из наиболее распространенных способов формообразования поверхности изделий из композиционных материалов резанием является фрезерование, позволяющее получать как прямолинейный, так и фасонный профиль детали. При этом рационально использовать сборные конструкции фрез, поскольку они позволяют варьировать материал режущей части и производить замену режущих элементов при изнашивании или поломке [7].

Выбор оптимальных параметров для имеющихся операций и обеспечение правильной настройки может иметь решающее значение для повышения конкурентоспособности.

На основании выше изложенного, возникает необходимость в повышении эффективности лезвийной обработки изделий из композиционных материалов. Анализ источников научной и справочной литературы, а так же патентных разработок, позволяет сделать вывод, что на сегодняшний день отсутствуют четкие рекомендации по режимам и условиям обработки композитов. Необходимо проведение дополнительных исследований с целью выявления оптимальных режимов обработки композитов лезвийным инструментом со специфичной геометрией, оснащенным высокопрочными инструментальными материалами. Это дает возможность оптимизировать процессы получения деталей из композиционных материалов с заданной точностью и качеством обработанных поверхностей в совокуп-  ности с наибольшей производительностью, : тем самым повысит эффективность лезвий- ь ной обработки изделий из композиционных  материалов.

Список литературы X

1. Ярославцев В. М. Высокоэффектив- [ ные технологии обработки изделий из компо- в зиционных материалов / Наука и образова- в ние: электронное научно-техническое изда- 3 ние, 2012. - С. 1-24.

2. Баранчиков В.И., Тарапанов А.С., ^

Харламов Г.А. Обработка специальных материалов в машиностроении: Справочник. Библиотека технолога. М.: Машиностроение, 2002. - 264 с.

3. Дударев А.С. Конструкции сверл и фрез для алмазно-абразивной обработки стеклопластиков и углепластиков/ Технологии и оборудование обработки металлов резанием. Известия ТулГУ. Технические науки, 2012. - Вып. 1.-С.361-370.

4. Кристер Рих. Новый виток развития обработки композитов / METALWORKING WORLD. Деловой и технический журнал от SANDVIK COROMANT .- 2010. - № 1. - С.12-13.

5. Янюшкин А.С., Рычков Д.А., Лобанов Д.В. Качество поверхности композиционного материала стеклотекстолит после фрезерования. В сборнике: инновационные технологии и экономика в машиностроении. Национальный исследовательский Томский политехнический университет. Томск, 2014. С. 343-347.

6. Ярославцев В.М. Технологические решения проблем обработки ракетных и аэрокосмических конструкций из композиционных материалов // Вестник МГТУ. Сер. Машиностроение. Спец. выпуск «Композиционные материалы, конструкции и технологии», 2005.- С. 4162.

7. Лобанов Д.В., Янюшкин А.С. Технология инструментального обеспечения производства

изделий из композиционных неметаллических материалов: монография. Старый Оскол: Изд-во ТНТ, 2012. - 296 с.

8. Рычков Д.А., Янюшкин А.С., Лобанов Д.В. Выбор производственных критериев, значимых при оценке эффективности применения режущего инструмента для обработки композиционных материалов / В сборнике: Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. Тамбов, 2014. - С. 131-132.

9. Янюшкин А.С., Рычков Д.А., Лобанов Д.В. Исследование качества поверхности при формировании режущей кромки фрезерного инструмента для обработки композиционных материалов / В сборнике: Актуальные проблемы в машиностроении материалы первой международной научно-практической конференции. Новосибирск, 2014. - С. 582-588.

10. Рычков Д.А., Янюшкин А.С., Лобанов Д.В., Базаркина В.В. Совершенствование технологии формообразования высокопрочных стекловолокнистых композиционных материалов на полимерной основе / Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). -2012. - № 3. - С. 150-153.

Д.А. Ющенко, студент магистр, Д.В. Лобанов, д.т.н, проф. Братский государственный университет

Методы лезвийной обработки изделий из композиционных материалов их специфика и перспективы

УДК 621.9.02

В настоящее время одним из приоритетных направлений является, развитие промышленности и повышение её конкурентоспособности, ориентированное на создание новых видов инновационной продукции (конструкционные, композиционные и редкоземельные материалы), а также развитие отечественного станкостроения и инструментальной промышленности [1 ]. На сегодняшний день, в значительной степени, увеличилась доля использования композиционных материалов в машиностроении, автомобилестроении, энергетике, судостроении, деревообработке, станкостроении, строительстве, ракетной, аэрокосмической, химической и нефтяной промышленности. Достижения в области применения изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) во многом зависят от совершенствования технологий производства элементов различных конструкций из композиционных материалов. В связи с этим, актуальной становится проблема

повышении эффективности обработки современных композиционных материалов лезвийным инструментом с целью расширения области их использования.

Перспективы развития новой техники в настоящее время связывают с широким использованием композиционных материа- -лов (КМ), уникальность свойств которых позволяет во многих случаях значительно ! повысить эксплуатационные характеристики £ конструкций изделий, а также снизить трудо- £ емкость и материалоемкость их изготовле-  ния, способствуя тем самым росту конкурен- ч тоспособности российских товаров на мировом рынке. Реализация возможностей 9 конструкционных свойств, заложенных в с композитах, во многом зависит от степени гарантированного обеспечения качества изделий на этапе их обработки резанием.

Лезвийная обработка композиционных материалов используется для доведения