Аллюминий ерітінділерін өңдеуді жетілдіру бойынша ғылыми зерттеулер

Жағдайдың сипаттамасы.

Аллюминийді өңдеуде өндірістілікті арттыру қазіргі машинажасауда маңызды тапсырма болып табылады. Ол кесу режимдерін қолайландыру, жоғары өндірісті арттыру, жоғары тұрақтылықты құралды пайдалану сияқты әртүрлі әдістермен іске асуы мүмкін. Өндірістілікті арттырумен қатар өңдеу дәлдігі мен фрезерлеу, бұрғылау операцияларының беттерінің сапасын арттыру қажет.

Қазіргі уақытта үлкен назар еңбек өндірістілігін құраушылардың бірі ретінде кесу жылдамдығы мәселесі, өңделген беттердің сапасын жақсарту, материалдарды үнемдеу мен еңбек қорларына бөлініп отыр. Жоғары жылдамдықты кесу механикалы өңдеудің тиімділігін арттыру мен экономикалық құнын төмендетуге бағытталып отыр. Жоғары жылдамдықтарды кесу, кейбір жағдайларда аралық операцияларды алып тастауға болады, мысалы, жартылай таза тегістеу, ерекше жағдайларда –финишті операциялар.

Осылайша, жоғары жылдамдықты кесу қазіргі металлөңдеу үшін үлкен потенциалды мүмкіндіктерімен тез дамып келе жатқан технологиялық үрдіс болып табылады. Қазіргі заман жағдайларында оның белсенділігі жоғарылап отыр, ол бөлшектерді ждайындауда уақыт шығыны құрылымын өзгерткен және оларды өңдеудің негізгі уақытын қысқартуды анықтаған өндірістік үрдістердің автоматтандырылуының жоғарғы деңгейімен байланысты. Жағдай талдауы. Жоғары жылдамдықты өңдеудің потенциалды мүмкіндіктері оның келесі ерекшеліктерімент шартталған: уақыт бірлігіне үлкен меншікті материал алынуы; материалды өңдеудің жоғары сапалылығы; кесу күшін азайту; қалдықтар қалыптасуын азайту; материалдың жоғарғы қабатының толықтығының бұзылуын азайту. Сонымен қатар жоғары жылдамдықты өңдеуге бірнеше кемшіліктен де тән. Маңыздылары: жетек қуаттылығын арттыру қажеттілігі, айналатын және орын ауыстыратын түйіндерді дайындау, айналатын түйіндердің нақты балансы, жаңа құралдық материалдарды құру, кесуде қолданылатын құралдардың жеткіліксіз жылуға тұрақтылығы және т.б.

Жалпыланған техникалық шешімді өңдеу

Жоғары жылдамдықты кесу технологиясын іске асыру көптеген технологиялық тапсырмалардың шешілуін қарастырады. Көбінесе бұл қазіргі металл өңдеуде құралдық материал қасиеттерімен шектеледі және жоғары температура мен төзуге қарсы тұратын кесу құралдарының қабілеттігімен анықталады.

Қазіргі уақытта Мәскеудің қатты ерітінділер комбинатында төртқабатты төзуге төзімді жабындысы бар ауыстырылатын пластиналардың жаңа жиынтығы жасалды. МТ мен МА жабындысының қалыңдыығ h=8÷10 мкм жонғыш өңдеуге арналған.

Жабындыны қажет етпейтін материал ішінен идеал материалға поликристалды алмаз жақын. Қатты түйіншікті материалдың бірі бола отырып ультра ұсақ түйіршікті құрамының арқасында түсті металлдар мен ерітінділерді, сонымен қатар компазиттерді өңдеуге жарамды болып отыр (жылдамдығы v=300÷600 м/мин). БКН ұқсас қаттылығы (бордың кубты нитрады) сынғыш және көбінесе «құрғақ өңдеуге» жарамды, материал қаттлығы 50 HRC жоғары және (құрал құрамында 60 % КНБ) жылдамдықтың кең интервалында шойындарға жарамды (300÷800 м/мин). Жоғары жылдамдықты өңдеудің тиімділік облысын кеңейту жаңа ұрпақтың нитридті, армирлі немесе қабатты градиентті керамикасын қолданумен жүзеге асырылады. Қатты ерітіндіден қаттырек нитридті-кремнилі жоғары сынғыш және v=500÷1000 м/мин жылдамдықты аллюминий мен шойынды өңдеуде қолданылады.

Жаңа ұрпақтың керамикалы кесу құралдарын ендіру мен пайдаланудың жағымды тәжірибесі осы операциялардың жоғары технико-экономикалық тиімділігін көрсетеді. Бірақ, жаңа технологиямен жасалған және сапаның бақылау жүйесінен өткен керамикалық құралдардың өзі жоғары жылдамдықты өңдеуде сенімді болмай қалуы мүмкін. Жоғары жылдамдықты өңдеудің термомеханикалық жүктемелері мен бөлек факторлардың жағымсыз әсері шартында керамикалық құралдардың болжанбаған істен шығудың жоғары ықтималдығы бар. Бұл жоғары тығыздықты керамикалық материалдардың төзуі мен бұзылуы күрделі сипатта және пайдаланудың температуралық режиміне тәуелді болуымен байланысты. Құралдың кесу жиегіне тікелей жақын термиялық кернеудің критикалық градиенті контактілі аумақтардағы керамикалық материалдың тесілуі мен кесу құралының келесі бұзылуына алып келеді.

Нитридті-кремнилі керамиканың кремния карбидінің нитевидті кристалдарымен армирленуі у_и 900 МПа дейінгі иілу мен интенсивтіліктің коэффициенті К_1с, сынық биіктігі 10 МПа^. м^1/2 дейін шектерінің артуына ықпалын тигізеді. Компазиционды материал қасиетін жақсарту мен нитевидті кристаллдар параметрін жақсарту матрица қасиеттрін қосындылау жолымен жүргізіледі.

Кесу күшінің диапазоны келесі 5.1 кестеде көрсетілген.

5.1 – кесте – Кескіш құралдың кесу диапазоны

Параметр	Керамикаға арналған параметр мәні
РКС 11 Si3N4 – Y2O3 – Al2O3	РКС 33 Si3N4 – Y2O3 – Al2O3 – SiCн.к.
Тығыздығы, г/см^3 Қуыстылық, % Қаттылық HRC Иілу кезіндегі төзімділік шегі (20°С/1200°С), МПа Коэффициент К1с, МПа.м^1/2 Цикл саны «1200°С дейін қыздыру –400°С суыту» үлгі бұзылуына дейін	3,18 – 3,22 0,6 – 0,9 720/480 6,4 – 7,2	3,2 0,5 – 1,2 880/600 8,3 – 9,3

Құралдық тағайындалған композиционды керамиканы Si₃N₄ – Y₂O₃ – Al₂O₃ (шартты белгісі РКС 11) жүйесі негізінде өңдейді. Зерттеу үрдісінде Si₃N₄ – Y₂O₃ – Al₂O₃ – SiC_н.к. (условное обозначение РКС 33) қолайлы жүйесі шығарылды. Si₃N₄ – Y₂O₃ – Al₂O₃ – SiC_н.к. құрамды керамикадан көпшекті пластиналы құрал максимал дәрежеде жоғары жылдамдықты кесу дәрежелерін қанағаттандырады. Si₃N₄ – Y₂O₃ – Al₂O₃ – SiC_н.к. керамика құрылымын зерна нитрида кремния размером 0,5 – 2 мкм өлшемді нитрид кремниінің түйіршігі мен карбид кремнийінің нитеви дті кристалдарын қалыптастырады. Графиктен шығатыны құрал тұрақтылығының максимал артуы 10-15% көлемде SiС_н.к керамикалық матрицаны ендіруді қамтамасыз етеді. 15 % артық нитридті-кремнилі матрицадағы құрамын арттыру кескіш құрал тұрақтылығын кемітеді. Құрамында 25% SiС_н.к компазиционды керамикалы құралдардың жұмыс қабілеттілігі қанағаттанағарлықсыз, себебі бұл құралдардың тұрақтылығы матрицалы керамика тұрақтылығынан төмен.

Құрамы 10-15% SiС_н.к керамиканың төзімділік, сынуға тұрақтылық, термотұрақтылығының максимал мәніне ие. Өңделген композиционды керамиканың РКС33 маңызды ерекшелігі 1200 °С температурадағы жоғары тұрақтылық болып табылады, ол армирлеу нәтижесінде 600МПа дейін артады. Армирленген керамика максимал термиялық жүктемеге шыдамды және 1200 термиялық циклден кейін де «қыздыру–суыту» бұзылмайды, бұл матрицалық керамиканың термо тұрақтылығын 30% арттырады.

Армирленген нитридті-кремнилі керамиканың РКС 33 кесуші құралының пайданудың жоғары коэффициенті оның тиімді пайдалануын қамтамасыз етеді. РКС 33 пен РКС 22 құралдарының тұрақтылық периоды алюминий ерітінділерін ұштауда металлдың меншікті Q алынуын көрсетеді.

РКС 33 тен кескіш құралдардың кесудің кең диапазонында аллюминий ерітінділерін ұштауда пайдалану зерттеулері олардың жоғарғы тиімділігін көрсетті. Керамикалық құралдарды тұрақтылыққа ұштауда беріліс әсерін зерттеу нәтижелері аз берілісте ВОК 71 дан кесу элементтерін иеленеді, бірақ берілістің артуымен ВОК 71 тұрақтылығы төмендейді, ал жақсы нәтижелер РКС 33дан кескіш элементтерді қамтамасыз етеді.

Конструкторлар мен технологтар шешетін басқа мәселе жоғары жылдамдықты жабдықты өңдеу болып табылады.

Станоктардың өндірістілігінің артуы станоктың жұмысшы органының беріліс жылдамдығының артуымен байланысты. Бұл қазіргі станоктардың динамикалық жетегі, жақсартылған динамикалық қасиеттерімен жаңа тасығыш жүйелер, басқару жүйелерін қолдану арқылы іске асады. Отандық және шет елдік өндірістің қазіргі заманғы станоктарының беріліс жетектері, тежеудің қажетті беріліс жылдамдығы мен жеткілікті жоғары жылдамдатуын іске асыру мүмкіндігіне ие. Сонымен қатар, көптеген қазіргі станоктар шпиндельдің қажетті айналудың үлкен бөлігін қамтамасыз етеді. Ал станоктардың басқару жүйелері станоктың жұмыс өндірістілігін шектейді. Тіпті қазіргі соңғы модельдегі станок жүйелерінде қолданылатын қозғалысты басқару әдісі технологпен берілген беріліс жылдамдығына жетуге мүмкіндік бермейді.

Бұған себеп, әрбір басқаратын кадрдың нольден нольге дейінгі үлкен жылдамдықпен қозғалу - тежеу принципі. Осы принципке сәйкес басқарушы бағдарламаның әрбір кадры басқа кадрлдардан автономды орындалады.

4.1 – кестеде бірдей ұзындықтан тұратын көптеген кадрлардың тіксызықты аумақ траекториясы бойынша қозғалыс жағдайына арналған әрбір кадрдағы тежеудің нақты және теориялық есептеу уақытының салыстырмалы нәтижелері келтірілген.

5.1 – кестеден көрініп тұрғандай нақты уақыт кесу режимі бойынша анықталғаннан бірнеше есе көп болу мүмкін және беріліс көлемі, жылдамдық пен кадр ұзындығына байланысты. Бұл беріліс жылдамдығының эпюрасы үшбұрыш және нақты беріліс технолог ұсынған мәнге жетпеуімен түсіндіріледі.

Керамикалық құралдарды тұрақтылыққа ұштауда беріліс әсерін зерттеу нәтижелері аз берілісте ВОК 71дан кесу элементтерін иеленеді, бірақ берілістің артуымен ВОК 71тұрақтылығы төмендейді, ал жақсы нәтижелер РКС 33дан кескіш элементтерді қамтамасыз етеді. Конструкторлар мен технологтар шешетін басқа мәселе жоғары жылдамдықты жабдықты өңдеу болып табылады. Керамикалық құралдарды тұрақтылыққа ұштауда беріліс әсерін зерттеу нәтижелері аз берілісте ВОК 71 дан кесу элементтерін иеленеді, бірақ берілістің артуымен ВОК 71тұрақтылығы төмендейді, ал жақсы нәтижелер РКС 33дан кескіш элементтерді қамтамасыз етеді.

5.2 – кесте – Нақты уақыт аралығында кесу режимін есептеу

Беріліс жылдамдығы, мм/мин	Жылдамдату, м/с^2	Кадр ұзындығы, мм	Өңдеудің қосынды жолы, м	Теоретикалық уақыт, мин	Нақты уақыт, мин
	0,025 0,5 0,5	0,2	200,4		2987,4 2112,4
	0,05		200,4		634,6
Более 200	0,05	0,2	200,4	Менее 1002	2588,5 2112,4 2112,4

Өндірістілікті арттыру тапсырмасы өңдеу уақытын төмендетуді қамтамасыз ететін қозғалыс үрдісінде жылдамдық пен тежеуді толық жою немесе азайтумен байланысты. Бұл іске асуы мүмкін:

– берілген беріліс жылдамдығында орындалатын үзіліссіз жүйелі кадрдан тұратын үшөлшемді траекторияда мүмкін қозғалысты басқарудың арнайы әдістерін қолданады;

– жылдамдау мен тежеу уақытын азайтуға алып келетін жүйенің жылдамдық жүйесін арттыру.

Жоғары жылдамдықты фрезерлеуде өңдеу стратегиясын ескеру қажет. Бұл тек бір бағыттағы кесу: қара және жартылай таза өңдеу мен таза операциялардың фрезерленуі. Қарама қарсы фрезерлеуде құралдың кесу жиегіне аз жылу мен аз соққы жүктемелері бөлінеді, нәтижесінде құралдың жұмыс істеу ұзақтығы көп және станоктың шпиндельді қорының шығыны аз болады. Бағыттас фрезерлеуде кесуші құралдың иілудің кемуі есебінен гомерриялық дәлдік артады. Жоғары жылдамдықты фрезерлеуде құралдың қозғалысы траекторияның эквидистант немесе трохоидальды өңдеу бойынша ұсынылады.

Жоғары жылдамдықты өңдеуде температуралық фактор кесу параметрі мен кесу құралының материалын таңдауда лимиттелетін болып табылады. Кесу жылдамдығының жоғарғы шегі кесу температурасының құрал материалдары тиімді жұмыс істей алатын мәнімен шектелген. Көптеген металлокерамикалық қатты ерітінділерге берілген температуралар 800…1000_ЄС, синтетикалық алмаздар үшін 800 _ЄС, нитридті керамика үшін 800…1000 _ЄС және БНК үшін –1500 _ЄС. Кесу температурасының аумағында берілген мәндер жоғары болса, құралдың катастрофалық тозуы болады.

5.3 - кесте - Ақпаратты іздеу

Мақала атауы, автор	Библиографиялық деректер	Қысқаша мазмұны	Ескерту
Стноктарына негіз/ Кузнецов Ю. И., Маслов А. Р., Байков А. Н.	Мәскеу: Машинажасау, 1990 г. – 507 с.	Прогрессивті технологиялық негіздеме туралы мәліметтер: станокты бейімдеулер, кесетін және көиекші құралда, бақылау құралдарында, ЧПУ ст аноктарына құралдарды автоматты ауыстыру.	ЧПУ жоғары жылдамдықты құрылғыларына қысу құрылғыларының құрылымы қарастылырған.
Төзімді жабындымен жабдықталған жоғары жылдамдықты өңдеуге арналған құралды қолданудың жылу физикалық ерекшеліктері./ Кирюшин Д. Е., Насад Т. Г.	«Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» ғылыми техникалық конференцияға халықаралық қатысу Тольятти: 2005 –430 с.	Төзімді жабындымен жабдықталған құралдың жылу физикалық мәліметтері берілген	Құрал төзуінің температураға тәуелділігін көрсететін нәтижелер көрсетілген.
Металлөңдеуге арналған ауысымды көпшекті пластинаның жаңа жиыны / Самойлов В. С.	СТИН, 1996. №6	СМП қолдану облысында МКТС мамандарының зерттеулері келтірілген с	СМП жаңа жинағы мен стандартты СМП салыстырмалы өндірістік тәжірибелер

5.3 - кесте - Ақпаратты іздеу

Мақала атауы, автор	Библиографиялық деректер	Қысқаша мазмұны	Ескерту
		диффузионды тозу теориясы берілді. Кесу арқылы құрал тұрақтылығы мен өндірістіліігн арттыру нұсқаулары берілді.
Жоғары жылдамдықты жону арқылы өңдеудің даму тенденциясы / Ахрамович В.Н.	Машинажасаушы, 1996, № 11	Бүкіл әлемде жоғарыжылдамдықты өңдеудің дамуының тенденциясы қарастырылды. Осы бағытта жұмыс істейтін кейбір фирмалардың жетістері жайлы деректер.	Жоғары жылдамдықты жонумен өңдеудің дамуының мәселелері сипатталды.
Жоғары жылдамдықты кеңейжоңғыштайтын білдекті құрылымдау траекториясы. Ю.Г. Кабалдин	Вестник машиностроения 2005г. №7	Жоғары жылдамдықты кеңейжоңғыштайтын білдекті құрылымдау стратегиясы қарастырылды.
Жоғары жылдамдықты өңдеудің қолайлы режимдері. М. Г. Исупов	Вестник машиностроения 2005г. №5	Жоғары жылдамдықты жабдыққа қойылатын талаптар қарастырылды.	Кесу режимдері
Станок өндірістілігінің жолдары.	Вестник машиностроения, 2004 г, №4	Дайындаманы өңдеу жылдамдыығн арттыру жолдары қарастырылды
Керамикалық құралдармен жоғары жылдамдықты кесу үрдісін зерттеу	Вестник машиностроения, 2004 г, №3	Жоғары жылджамдықты кесуде қолданылатын кескіш құрал қарстырылды.

Кесте 5.3 жалғасы

Мақала атауы, автор	Библиографиялық деректер	Қысқаша мазмұны	Ескерту
жоғарыжылдамдықты өңдеудің дамуының тенденциясы қарастырылды.	Жоғары жылдамдықты жонумен өңдеудің дамуының	диффузионды тозу теориясы берілді. Кесу арқылы құрал тұрақтылығы мен өндірістіліігн арттыру нұсқаулары берілді.
Жоғары жылдамдықты жону арқылы өңдеудің даму тенденциясы / Ахрамович В. Н.	Машинажасаушы, 1996, № 11	Бүкіл әлемде жоғарыжылдамдықты өңдеудің дамуының тенденциясы қарастырылды. Осы бағытта жұмыс істейтін кейбір фирмалардың жетістері жайлы деректер.	Жоғары жылдамдықты жонумен өңдеудің дамуының мәселелері сипатталды.
Жоғары жылдамдықты фрезерлеудің қолайлы траекториясы. Ю.Г. Кабалдин	Вестник машиностроения 2005г. №7	Жоғары жылдамдықты фрезерлеудің стратегиясы қарастырылды.
Жоғары жылдамдықты өңдеудің қолайлы режимдері. М. Г. Исупов	Вестник машиностроения 2005г. №5	Жоғары жылдамдықты жабдыққа қойылатын талаптар қарастырылды.	Кесу режимдері
Станок өндірістілігінің жолдары.	Вестник машиностроения, 2004 г, №4	Дайындаманы өңдеу жылдамдыығн арттыру жолдары қарастырылды
Керамикалық құралдармен жоғары жылдамдықты кесу үрдісін зерттеу	Вестник машиностроения, 2004 г, №3	Жоғары жылджамдықты кесуде қолданылатын кескіш құрал қарстырылды.

Өңдеу өндірістілігін арттыруға мүмкіндік беретін болашақ техникалық шешімді құру үшін бастапқы нұсқа ретінде кескіш бөлігінің материалы нитридті-кремнилі керамика, армирленген нитевидті кристаллынан болатын құралды қабылдаймыз. Сонымен қатар, өңдеудің жоғары жылдамдығына жету үшін үлкен қуаты жетегі, мойынтіректегі шпиндельді түйінмен, қозғалыс бөлігі балансталған, металлокерамикадан бағытталатын құралды қолдану керек. Өңдеудің жоғарғы жылдамдығы үшін жүйенің рұқсат етілген көлемін арттыру керек, азайту үшін– тежеу керек. Фрезерлеудің қара операцияларында өңдеуді бағыттас, ал тазада қарсы жүргізу қажет. Басқа әдістермен салыстырғанда кесуші құрал мен жабдық 3 пунктте көрсетілген бірнеше артықшылықтарға ие.

Берілген зерттеулердің мақсаты жоғары жылдамдықты өңдеу мәселелерін зерттеу болып табылады. Берілген зерттеудің тапсырмалары жоғары жылдамдықты өңдеу үрдісіне әсер ететін факторларды өңдеу өндірістілігін арттыратын объективті әдісті таңдаудан тұрады. Сондай ақ оның функционалдау параметріне әсер ететін ықтималдық дәрежесін шығару.

Бастапқы ғылыми гипотезаны қалыптастыру.

Объекттің функционалдау көрсеткішіне әсер ететін факторлар кесу құралының жетіспейтін тұрақтылығы мен сынуға қарсы аз кедергі деп есептейміз (механикалық өңдеу өндірістілігі).

Зерттеу түрін таңдау.

Материалды база жоқ және практикалық білім жетіспейтіндіктен зерттеу түрі ретінде жаңа объективті білімдерді таңдалған әдістеме мен критерияға сәйкес әдебиеттерді таңдаймыз.

Зерттеулерді дайындау.

Ақпарат көзі ретінде Жоғары жылдамдықты өңдеу әдістеріне арналған ғылыми техникалық әдебиетті қолданамыз. Берілген әдебиетте саңылауды жоғары жылдамдықты тесудің теориялық негіздері, үрдістің қолайлы сипаттамаларын қамтамасыз ететін прогрессивті құралдық материалдар берілген.

Зерттеулерді жүргізу бойынша деректер.

Зерттеулер ретінде теоретикалық деректерге негізделген әдебиеттік зерттеулер таңдалды. 2 пунктте сипатталған мәселелерді шешу үшін, 4 пунктте келтілірген әдебиет қолданылды. Онда осы мәселелерді шешетін жалпы техникалық шешім табылды. Барлық әйгілі техникалық шешімдер 3 пунктте сипатталған. Бір кешенді техникалық шешім таңдалған субъективті талдау жүргізілді, ол көп жағдайда қойылған тапсырманы шешеді –механикалық өңдеудің өндірістілігін арттыру.

Нәтижелерді өңдеу.

Фрезерлеуде, тесуде, бұрғылауда өндірістілікті арттыру қазіргі машинажасауда маңызды тапсырма болып табылады. Жоғары жылдамдықты өңдеудің бұдан маңызды мәселесі кескіш құрал материалын таңдау болып табылады. Жүргізілген әдеби ғылыми зерттеулер нәтижесінде кескіш бөлігінің материалы нитридті-кремнилі керамикадан, кремний карбидінің армирленген нитевидті кристаллынан жасалған құралды қолдану ұсынылады.

Жұмыс орнының компановкасы

Жұмыс орны – жұмыс сапасынан барлық заводтың қызмет нәтижесі байланысты өндірістің бірінші түйіні. Сондықтан жұмыс орныдарын ұйымдастыруды жақсартуға көңіл бөлу керек. Жабдықтауды жақсарту, рационалды жоспарлау, жұмыс орнының жақсы қызметі мен басқа шаралар еңбек өнімділігін арттыру мен жұмысшының шаршауын төмендететін маңызды фактор болып табылады.

Жұмыс орнын ұйымдастыруды жобалаудың негізгі тапсырмасы артық және рационалды емес қозғалыстар мен қабылдауларды жою, жұмысшының орын ауыстыру қашықтығын максимал қысқарту болып табылады.

Құралдар тартпасы жұмысшыдан оң жақта 2400 мм қашықтықта, ал сол жақта 2700 мм қашықтықта дайындама мен бөлшектерге арналған қабылдаушы үстел орналасқаны жөн.

Дата добавления: 2015-08-03