Исследование процесса фрезерования композиционных материалов с целью повышения стойкости режущего инструмента путем оптимизации режимов резания. Пояснительная записка

Введение…………………………………………………………………………...4
1 Цели и задачи исследования……………………………………………………7
1.1 Состояние вопроса обеспечения стойкости инструмента для обработки композиционных материалов ……………………………………………………7
1.1.1 Общие сведения о композиционных материалах……………….…...……7
1.1.2 Основные методы изготовления стеклопластиков ………………….…14
1.1.3 Структура, свойства и характеристики стеклопластиков……………….20
1.1.4 Особенности механической обработки стеклопластиков ……………...28
1.1.5 Конструкции фрез для обработки стеклопластика……………..………31
1.2 Обзор САПР для моделирования процесса фрезерования.……………….34
1.3 Выбор критерия стойкости инструмента………………………..…………36
1.4 Выводы, цель и задачи исследования………………………………………37
2 Методика проведения исследования…………………………………………39
2.1 Планирование исследования……………………………………………….39
2.2 Исследуемые экспериментальные образцы……………………………….40
2.3 Оборудование………………………………………………………………41
2.4 Металлорежущие станки……………………………………………………41
2.5 Измерительные приборы……………………………………………………43
2.6 Режущий инструмент………………………………………………………45
2.7 Обработка экспериментальных данных……………………………………45
Выводы по главе…………………………………………………………………48
3 Исследование зависимости влияния режимов резания на выходные параметры процесса фрезерования стеклопластика……………………….…49
3.1 Исследование зависимости влияния режимов резания на износ по задней поверхности зубьев фрезы………………………………………………………49
3.2 Алгоритм назначения режимов резания……………………………………54
Выводы по главе…………………………………………………………………55
4 Технологическая часть …………………………………………………..…..56
4.1 Исходные данные………………………………………….…………..…….56
4.2 Разработка маршрута обработки детали…………………………………...57
Выводы по главе…………………………………………………………………61
Заключение………………………………………………………………………63
Список литературы……………………………………….……………………...64
Приложение А……………………………………………………………………66
Приложение Б…………………………………………………………………...67

Весь текст будет доступен после покупки

Композиционные материалы, в частности стеклопластики, получили широкое применение практически во всех отраслях промышленности, т.к. обладают высокими прочностью, жесткостью и другими физико-механическими свойствами, обеспечивающими высокие эксплуатационные характеристики готовых изделий. Номенклатура изделий из стеклопластика самая разнообразная - это и трубы водо- и нефтепродов, корпуса приборов, лопасти винтов, элементы кузовов автомобилей, нефтяных вышек, ветрогенераторов и т.д. Технология получения изделий из данного композиционного материала относительно не трудоёмка, однако процесс механической обработки, в частности одна из самых распространённых - фрезерная, связан с рядом особенностей, которые необходимо учитывать для получения требуемого качества поверхности изделий. Основные трудности связаны с интенсивным износом режущего инструмента. Во-первых, наличие твёрдого стекловолокна приводит к абразивному износу инструмента, из-за упругих свойств обрабатываемого материала происходит интенсивный износ по задней поверхности фрез. Кроме того, из-за теплоизоляционных свойств стеклопластиков тепло из зоны резания отводится преимущественно в инструмент, что так же негативно сказывается как на фрезах так и на качестве обработанной поверхности. Для фрезерования стеклопластиков используются твердосплавные концевые фрезы, изготовленные по ГОСТу либо дорогостоящие фрезы специальных конструкций. Однако, данный инструмент изготавливается без рекомендаций для той или иной марки композита, которых на сегодняшний день имеется огромное количество. Справочной информации по назначению рациональных конструктивно - геометрических параметров инструмента для механической обработки стеклопластика и назначению режимов резания кроме отраслевого стандарта 1974 года на сегодняшний день, за исключением отдельных случаев, нет. Поэтому назначить режимы резания и выбрать конструктивно-геометрические параметры фрез, при которых инструмент будет меньше изнашиваться при соблюдении заданной производительности для отдельной марки стеклопластика не представляется возможным.

Весь текст будет доступен после покупки

1.1.1 Общие сведения о композиционных материалах
Композиционные материалы (композиты) - многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и другими физико-¬механическими свойствами. Сочетание разнородных материалов приводит к созданию нового, свойства которого отличаются от свойств каждого из его составляющих. Меняя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств. Многие композиты превосходят традиционные материалы и сплавы по своим механическим свойствам и в то же время они легче. Использование композитов обычно позволяет уменьшить массу конструкции при сохранении или улучшении ее механических характеристик.
По структуре композиты делятся на несколько основных классов (рисунок 1.1): волокнистые, слоистые, дисперсноупрочненные, упрочненные частицами и нанокомпозиты.


Рисунок 1.1 - Классификация композитов по структуре

Волокнистые композиты армированы волокнами или нитевидными кристаллами. Уже небольшое содержание наполнителя в композитах такого типа приводит к появлению качественно новых механических свойств материала.
Широко варьировать свойства материала позволяет также изменение ориентации размера и концентрации волокон. Кроме того, армирование волокнами придает материалу анизотропию свойств, а за счет добавки волокон проводников можно придать материалу электропроводность вдоль заданной оси.
Микроструктура остальных классов композиционных материалов характеризуется тем, что матрицу наполняют частицами армирующего вещества (рисунок 1.2), а различаются они размерами частиц. В композитах, упрочненных частицами, их размер больше 1 мкм, а содержание составляет 20…25% (по объему), тогда как дисперсноупрочненные композиты включают в себя от 1 до 15% (по объему) частиц размером от 0,01 до 0,1 мкм. Размеры частиц, входящих в состав нанокомпозитов - нового класса композиционных материалов - еще меньше и составляют 10…100 нм.


Рисунок 1.2 - Классификация композиционных материалов

Композиционные материалы с металлической матрицей. При создании композитов на основе металлов в качестве матрицы применяют алюминий, магний, никель, медь и т.д. Наполнителем служат или высокопрочные волокна, или тугоплавкие, не растворяющиеся в основном металле частицы различной дисперсности [1].
Свойства дисперсноупрочненных металлических композитов изотропны - одинаковы во всех направлениях. Добавление 5…10% армирующих наполнителей (тугоплавких оксидов, нитридов, боридов, карбидов) приводит к повышению сопротивляемости матрицы нагрузкам. Дисперсноупрочненные металлические композиты получают, вводя порошок наполнителя в расплавленный металл, или методами порошковой металлургии.
Армирование металлов волокнами, нитевидными кристаллами, проволокой значительно повышает как прочность, так и жаростойкость металла. Например, сплавы алюминия, армированные волокнами бора, можно эксплуатировать при температурах до 450…500° С, вместо 250…300° С. Применяют оксидные, боридные, карбидные, нитридные металлические наполнители, углеродные волокна. Керамические и оксидные волокна из-за своей хрупкости не допускают пластическую деформацию материала, что создает значительные технологические трудности при изготовлении изделий, тогда как использование более пластичных металлических наполнителей позволяет переформование. Получают такие композиты пропитыванием пучков волокон расплавами металлов, электроосаждением, смешением с порошком металла и последующим спеканием и т.д.
Композиционные материалы на основе керамики. Армирование керамических материалов волокнами, а также металлическими и керамическими дисперсными частицами позволяет получать высокопрочные композиты, однако, ассортимент волокон, пригодных для армирования керамики, ограничен свойствами исходного материала. Армирование керамики дисперсными металлическими частицами приводит к новым материалам (керметам) с повышенной стойкостью, устойчивостью относительно тепловых ударов, с повышенной теплопроводностью. Из высокотемпературных керметов делают детали для газовых турбин, арматуру электропечей, детали для ракетной и реактивной техники. Твердые износостойкие керметы используют для изготовления режущих инструментов и деталей. Кроме того, керметы применяют в специальных областях техники - это тепловыделяющие элементы атомных реакторов на основе оксида урана, фрикционные материалы для тормозных устройств и т.д.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Лебедев П.В. Технологическое обеспечение качества резьбовых соединений в деталях из высокопрочных композиционных полимерных материалов [Текст]: дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. Наук / Лебедев Павел Владимирович; АлтГТУ. - Барнаул, 2011. - 212 с.
2. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов [Электронный ресурс]. URL: http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/ 4ee22d2b-8dcc-9308-877a-53118dc6979e/1012459A.htm (дата обращения: 03.04.2023).
3. Пуск!Ву. Журнал [Электронный ресурс]. URL: http://www.refu.ru/refs/93/21921/1.html (дата обращения: 09.04.2023).
4. Свойства и особенности труб из стеклопластика [Электронный ресурс]. URL: http://www.buildingsar.ru/свойства-и-особенности-труб (дата обращения: 09.04.2023).
5. Zhelezyaka [Электронный ресурс]. URL: http: //www.zele.ru/novo sti/raznoe/samaya-bolshaya-lopast-vetrogeneratora-7035/ (дата обращения: 07.04.2023).
6. Композит. Оборудования для напыления стеклопластика [Электронный ресурс].URL:http://www.composite.ru/equipment/grp prod/ (дата обращения: 03.04.2023).
7. ForComposite. Статьи. Пултрузия [Электронный ресурс]. URL: http: //www. forcomposite. ru/article/technology/pultrusion/ (дата обращения: 08.04.2023).
8. Стеклотехнология. Свойства стеклопластиков [Электронный ресурс]. URL: http://www.steklo-tech.ru/About/characterist.htm (дата обращения: 05.04.2023).
9. Химик. Сайт о химии [Электронный ресурс]. URL: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4202.html (дата обращения: 04.04.2023).
10. Обработка резанием стеклопластиков. Рудиев А.Б. и Королёв А.А. М. «Машиностроение», 1969, 119 стр.

Весь текст будет доступен после покупки