На правах рукописи
Усачев Василий Владимирович
Совершенствование и исследование конструкции инструмента для пластического сверления
151901 – «Технология машиностроения»
Автореферат
диссертации на соискание академической степени
магистра техники и технологии
Самара 2010
Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет»
Научный руководитель: д.т.н., профессор Н.В. Носов
Защита диссертации состоится «28» июня 2010 г. в _____ часов в аудитории № ___ на кафедре «Технология машиностроения» Самарского государственного технического университета по адресу: Россия, Самарская область, г. Самара, ул. Молодогвардейская 133.
С диссертацией можно ознакомиться на кафедре «Технология машиностроения» СамГТУ.
Автореферат утвержден: «____»____________ 2010г.
Ученый секретарь
Кафедры «Технология машиностроения» Карлова М.Д.
Общая характеристика работы
Актуальность. В связи с появлением технологии и инструмента позволяющих формировать отверстия методом пластического сверления возникла необходимость всестороннего исследования этого процесса с целью определения возможных областей его применения в машиностроении. Особенностью данного процесса является возможность формирования отверстий в тонкостенных деталях (толщиной до 12 мм) с последующим нарезанием в них качественной резьбы (технологии фирм «FormDrill», «Zecha», «Centerdrill» и др.) [1-3], за счет того, что на обратной стороне отверстия формируется вытянутый участок, образующий подобие вставленной в отверстие втулки (рис. 1). Так как материал сжимается в процессе формовки, резьбы, формируемые после, имеют повышенную прочность и могут выдерживать большие моменты затягивания.
Рис. 1. Отверстие с резьбой, полученное
методом пластического сверления.
Высота получаемой втулки может превышать толщину материала в 4 раза при диаметрах от 1,8 до 32 мм [2]. Процесс формирования отверстия основывается на разогреве материала под действием трения, возникающего в результате действия комбинации осевой силы подачи и относительно высокой скорости вращения инструмента (пуансона). Разогретый металл становится пластичным, что позволяет выдавливать его из зоны формирования отверстия за счет осевой нагрузки, приложенной к пуансону.
В настоящее время процесс пластического сверления находит применение для получения: резьбовых втулок; подшипниковых втулок; втулок под пайку; сквозных отверстий; сквозных отверстий с уплотненной кромкой для круглых профилей. В Самарской области данный технологический процесс применяется в ООО «Электрощит» для формирования отверстий в токопроводящих элементах электрических аппаратов (шинах), изготовленных из легкоплавких материалов (алюминиевые и медные сплавы).
Помимо формирования отверстий, с использованием принципа пластического течения возможна реализация и других важных технологических процессов [2-13], включая формирование фитингов, приваривание втулок [4,5], сварка листовых материалов и др.
Специальная геометрия инструмента и использование твердого сплава обеспечивают высокую стойкость инструмента до нескольких тысяч операций. Инструмент не требует обслуживания (перетачивания).
К преимуществам данного технологического процесса можно отнести следующие.
Практические преимущества:
Высокая точность и повторяемость;
Меньший расход материала и более легкий вес деталей благодаря использованию тонкостенных конструкций;
Не требуется смежный инструмент (например, матрица для пуансона), благодаря чему можно обрабатывать даже профили с труднодоступной внутренней поверхностью;
Возможность формирования отверстий под разными углами;
Повышенный момент затягивания резьбы (за счет наклепа при пластической деформации);
Использование только одного основного материала, что позволяет избежать электрохимической коррозии;
Высокая допустимая нагрузка подшипниковых втулок;
Упрочнение материала;
Простота и надежность при практической реализации.
Экономические преимущества:
Бесстружечный процесс формирования отверстий;
Не требуется соединительных элементов;
Процесс может быть автоматизирован;
Достаточно вертикально-сверлильного станка - не требуется дополнительно покупать специальное оборудование;
Минимальное время установки.
Экологические преимущества:
Высокопрочные соединения могут быть произведены с помощью данного инструмента и технологии без использования дополнительных материалов (флюсов, привоев, технологических жидкостей и др.), выделяющих вредные вещества.
Основной материал остается без примесей и может быть легко использован повторно.
Однако наряду с достоинствами описанного метода имеется недостаток, заключающийся в сложности изготовления и дороговизне инструмента.
В настоящей магистерской диссертационной работе показано решение технической задачи упрощения изготовления инструмента для пластического сверления за счет применения быстрорежущей стали, с твердосплавным покрытием, нанесенным детонационным методом.
Цель работы: Повышение эффективности технологического процесса пластического сверления за счет совершенствования конструкции инструмента.
Задачи исследований: Разработка экономичного инструмента для пластического сверления легкоплавких материалов.
Разработать экономичный инструмент для пластического сверления легкоплавких материалов.
Исследовать влияние режимов детонационного напыления на стойкость твердосплавных покрытий.
Исследовать влияние геометрии инструмента на параметры пластического сверления.
Методы исследований. В настоящей ВКР использованы методики экспериментальных исследований, включающие дюрометрический и макроструктурный анализ материала в области формирования отверстия, триботехнические испытания твердосплавных покрытий, микрогеометрия поверхности отверстия изучалась с помощью профилографа-профилометра «Абрис-ПМ7», а также проведены исследования режимов пластического сверления с помощью разработанных установки и методики.
Достоверность результатов обеспечиваются корректностью проведения экспериментальных исследований, использованием компьютеризированных стендов и методов статистической обработки результатов.
Научная новизна
Проведено исследование влияния коэффициента заполнения ствола горючей смесью при детонационном напылении на износостойкость и структуру твердосплавных покрытий.
Проведено исследование влияния угла заострения расширяющей части инструмента на параметры пластического сверления.
Практическая ценность
Разработан экономичный инструмент для пластического сверления легкоплавких материалов с применением детонационных твердосплавных покрытий.
Разработать стенд и методику для исследования режимов пластического сверления конструкционных материалов.
Апробация работы. Результаты настоящей диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях магистрантов и студентов СамГТУ (2009, 2010г.г).
Инструмент с твердосплавным покрытием для реализации технологического процесса пластического сверления был представлен на выставке «ЭкспоВолга. Промышленный салон» 2010г, а также на студенческой выставке в рамках мероприятия «Дни науки» в СамГТУ, 2010г.
Публикации. На способ и инструмент для реализации усовершенствованного технологического процесса пластического сверления подана заявка на патент РФ.
Объем и структура работы
Диссертация написана на русском языке и состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем диссертации составляет 90 страниц, включая 41 рисунок и 9 таблиц. Перечень литературы включает 20 наименований.