Исследование и разработка конструкции составного металлорежущего инструмента с оптимизированной внутренней структурой с целью его изготовления аддитивными методами производства

Объектом выполнения работ является технология изготовления композитной детали. Предметом исследования является композитная деталь, представляющая собой тонкостенную аддитивно изготовленную оболочку выполненную с применением топологической оптимизацией формы детали, полость которой заполнена высокопрочным металлополимерным реактопластом и область её эффективного использования. Целью исследования является разработка технологии механической обработки заготовки корпуса металлорежущего инструмента, изготовленной методом SLM 3D печати. Методология проведения работы. При выполнении исследований и решении поставленных задач автором были использованы основные положения технологии машиностроения, физики твёрдого тела, экспериментальные исследования и обработка их результатов. Высокая эффективность работы инструмента будет достигаться за счёт применения аддитивной печати, благодаря чему обеспечивается возможность изготовления сложной формы внутренних полостей, как для заливки жидкого металлополимера, так и для оформления профиля каналов охлаждения, что невозможно получить методами механической обработки. Изготовление композитного корпуса, то есть внешней металлической оболочки заполненной прочным металлополимером, позволит сократить объём 3D печати, тем самым удешевить себестоимость изготовления. Задачи проекта состоят в разработке такой конструкции композитного корпуса, который обеспечивал бы достаточную прочность инструмента в работе и возможность заполнения внутренних полостей металлополимером. Был разработан маршрута механической обработки заготовки корпуса сверла, изготовленной методом SLM 3D печати, отличающийся измененными технологическими базами. Произведен выбор оборудования для выполнения операций механической обработки с учётом требуемой точности обработки. Произведен выбор технологической оснастки и инструмента для выполнения механической обработки заготовки корпуса инструмента. Выполнен анализ физико-механических и теплофизических свойств полимерно-композиционных материалов. Произведено математическое моделирование напряженного состояния металл-металлополимерной системы хвостовика корпусного инструмента. Выполнено математическое описание теплофизических процессов при шлифовании композитного хвостовика корпусного режущего инструмента. Разработана модель напряженно-деформированного состояния композитной заготовки при шлифовании. Разработано техническое решение для минимизации застойных зон при получении металл-композитной системы. В процессе работы проводились экспериментальные исследования стойкости композитного корпуса сверла при обработке детали типа трубная решетка в реальных производственных условиях. Степень внедрения – Пятый УГТ. Изготовлен и испытан экспериментальный образец в реальном масштабе по полупромышленной (осуществляемой в условиях производства, но не являющейся частью производственного процесса) технологии, воспроизведены (эмулированы) основные внешние условия. Стойкость композитного корпуса определялась по контролю биения корпуса сверла при смене ряда твердосплавных головок, что показало результат аналогичный серийно-применяемому импортному инструменту.