|
ВВЕДЕНИЕ
Aктуальность работы
Развитие металлообработки тесным образом связано с созданием новых высокоэффективных смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), т.к. в ряде случаев без применения смазки процесс резания невозможен. Указанное положение относится к обработке резанием высокопрочных сталей и сплавов, широко применяемых в таких отраслях машиностроения, как авиационная и ракетная техника, при производстве деталей радиоэлектронной аппаратуры, нефтехимической промышленности, энергетического машиностроения. Применение в промышленности новых марок легированных (жаростойких, жаропрочных, коррозионностойких) сталей и сплавов тормозится в настоящее время из-за отсутствия эффективных составов СОЖ, т.к. существующие масла и эмульсии, разработанные более 50 лет назад применительно к резанию конструкционных сталей в большинстве своем оказываются непригодными. [статьи,7]
Значение СОТС непрерывно увеличивается в связи с внедрением скоростных методов обработки металлов, высокопроизводительных автоматических линий, гибких комплексов и металлорежущих станков, а также с повышением требований к качеству обрабатываемых деталей и экологии окружающей среды. Поэтому современные СОТС, как правило, представляют собой сложные многокомпонентные композиции, отвечающие комплексу требований к их технологическим и сопутствующим свойствам.
Самой распространенной технологической средой при обработке металлов резанием являются смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ), что обусловлено их более высокими (по сравнению с твёрдыми и пластичными смазочными материалами) охлаждающей, проникающей и моющей способностями, а также экономичностью и доступностью. В промышленных масштабах производятся масляные СОЖ, эмульсолы, полусинтетические и синтетические СОЖ. В последнее время делается упор на дальнейшее развитие полусинтетических и синтетических СОЖ, поскольку по технологическим свойствам, стабильности с сроку службы они имеют существенное преимущество перед эмульсолами, а их более широкое применение позволит существенно экономить натуральные минеральные масла.
Для обеспечения конкурентоспособности продукции требуется с одной стороны, уменьшать её себестоимость, а с другой повышать качество. Поэтому проблема применения современных СОЖ при механической обработке металлов резанием сводится к отысканию их наиболее дешёвых видов, не снижая при этом качества обрабатываемой продукции.
На машиностроительных предприятиях в последнее время в последнее время с целью более быстрого и чуткого реагирования на запросы рынка наблюдается тенденция формирования гибких автоматизированных производств (ГАП). В свою очередь для выбора и эксплуатации СОЖ в условиях ГАП необходимо выполнение повышенных требований, связанных со спецификой их функционирования в этих производствах. Имеется в виду следующее: универсальность СОЖ при использовании на различных операциях механообработки (в пределах одной гибкой производственной системы) изделий переменной номенклатуры из разных материалов; обладание повышенными охлаждающими и смазывающими свойствами; предохранение от коррозии; стабильность и долговечность; возможность автоматизированного контроля, включая управление от ЭВМ; обладание требуемыми санитарно-гигиеническими свойствами.
Опыт передовых машиностроительных заводов показывает, что эффективные СОТС позволяют в 1,2÷4 раза повысить стойкость инструмента, но 20÷60% увеличить режимы резания, на 20÷50% повысить производительность труда, уменьшить энергозатраты при механической обработке, а также улучшить качество обработки, санитарно-гигиенические условия труда рабочих, более полно использовать возможности современного автоматизированного оборудования. Поэтому дальнейшие научно-исследовательские работы по улучшению и созданию качественно новых СОТС являются весьма перспективными.[статьи,6]
Положительное решение проблемы СОТС во многом зависит от уровня теоретических исследований в этой области.
Не вызывает сомнений тот факт, что кинетика процесса резания накладывает специфические особенности на механизм действия внешней среды. Это определяется высокими удельными давлениями и температурами на рабочих поверхностях режущего инструмента, наличием ювенильных, неокисленных поверхностей, высокой скоростью деформации и незначительным временем контактирования стружки с резцом. Процесс взаимодействия внешней среды при резании сопровождается комплексом физико-химических явлений, таких как сорбционные и электрохимические процессы, граничное трение и смазка, охлаждающие эффекты, химические реакции, вторичные структурные образования на контактных площадках резца и стружки. [сатьи,7]
Эффективность металлообработки - комплексный показатель, учитывающий в числе прочих условий и роль СОТС, их влияние на качество изделий, производительность труда и другие технико-экономичекие показатели процессов обработки металлов резанием.
Современные СОТС - это неотъемлемая часть всего комплекса средств, обеспечивающего эффективную эксплуатацию металлорежущего оборудования. Поскольку в практике металлообработки условия резания различаются значительно, то соответственно применяется и большое число СОТС, искусственно вводимых в зону резания. Естественно, что такие вопросы, как назначение, классификация и физико-химические основы действия СОТС, требуют особого внимания и должны быть достаточно подробно рассмотрены в первую очередь.
Наиболее важными из требований к СОТС являются обеспечение увеличения стойкости режущего инструмента и повышение качества обрабатываемой поверхности при соблюдении заданной точности обработанной поверхности. Выполнение этих требований приводит в конечном счете к снижению стоимости металлообработки вследствие уменьшения затрат на режущий инструмент, сокращению брака и простоев станков, связанных с заменой затупившегося инструмента.
В соответствии с современными представлениями в зависимости от условий обработки СОТС должны обеспечивать смазывающее, охлаждающее, диспергирующее или моющее действие. Разделить различные эффекты действия СОТС бывает весьма сложно, так как они могут проявляться одновременно и порознь в различных зонах контактной поверхности инструмента, стружки и заготовки в зависимости от особенностей операции и режимов резания, характеристик обрабатываемого инструментального материалов. В большинстве случаев высокие эксплуатационные свойства СОТС определяются их смазывающим и охлаждающим действием.
В большинстве случаев от СОТС требуется обеспечить одновременно несколько действий в различной степени. Поэтому при создании или выборе СОТС необходимо знать, какое действие в данных условиях резания должна обеспечивать жидкость. Предъявляемые к СОЖ требования выражаются в виде конкретных предельно допустимых норм показателей качества. [internet,6]
Несмотря на значительные исследования, выполненные отечественными и зарубежными учеными по разработке СОТС и изучению их влияния на процессы трения и изнашивания, в технической и научной литературе практически отсутствуют данные о комплексных исследованиях характеристик СОТС, полученных с учетом видов и режимов металлообработки, влияния материала заготовки и инструмента. Таким образом, создание методологии определения оптимальных свойств и выбора СОТС является актуальной задачей как с научной, так и с практической точек зрения.
Планируемый практический результат
Посредством исследования физико-химических основ выбора СОТС систематизируются знания в данной области, и впоследствии выражаются в математической модели оптимального выбора СОТС.
Данная математическая модель разрабатывается с учетом влияния видов и режимов металлообработки, влияния материала заготовки и инструмента. Выбор СОТС осуществляется по таким критериям оптимальности как: качество обрабатываемой детали, производительность металлообработки, стойкость режущего инструмента, расход и экологическая безопасность СОТС.
На основе данной математической модели осуществляется разработка программного обеспечения оптимального выбора СОТС.
Прогнозируемый научный результат
Данная работа с точки зрения особенностей вида процесса металлообработки (как главный фактор), а также с учётом материала обрабатываемой детали, инструмента, режимов обработки рассматривает и систематизирует знания в области СОТС и посредством нахождения оптимума решает задачу выбора СОТС в заданных условиях.
Для этого решаются следующие задачи:
определяются физико-химические свойства СОТС наиболее сильно влияющие на процесс резания
исследуются напряжённости теплового поля, возникающего в зоне резания при токарной обработке, сверлении, фрезеровании
исследуются условия работы режущего инструмента при токарной обработке, сверлении, фрезеровании
исследуются условия попадания СОТС в зону резания при токарной обработке, сверлении, фрезеровании
исследуются условия транспортирования стружки СОТС при токарной обработке, сверлении, фрезеровании
исследуется влияние вида обработки (токарная обработка, сверление, фрезерование) на эффективность применения СОТС
исследуется влияние химического состава и структуры обрабатываемого материала заготовки на эффективность применения СОТС
исследуется влияние основных свойств СОТС на теплофизические процессы в зоне резания на эффективность применения СОТС
исследуется влияние режимов резания на эффективность применения СОТС
исследуются тепловые явления, возникающие при резании при использовании различных СОТС
разрабатывается математическая модель оптимального выбора СОТС
разрабатывается программное обеспечение оптимального выбора СОТС
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
Обзор состояния вопроса на уровне университета
Проблемой смазочно-охлаждающих технологических сред в Донецком Национальном Техническом Университете занимается профессор кафедры «Технология машиностроения» Богуславский В.А.
Он проводит исследования в области физико-химических свойств СОТС, их влияния на процессы металлообработки.
Обзор состояния вопроса на национальном уровне
Значительный вклад в исследования проблем СОТС производит Латышев В.Н., который занимается повышением эффективности СОЖ, исследованием физических сторон действия смазочно-охлаждающих жидкостей в процессе резания различных металлов.
Один из наиболее исчерпывающих и систематизированных трудов по СОТС в настоящее время является труд С.Г.Энтелиса и Э.М.Берлинера справочник «Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием», а также справочник Л.В. Худобина, А.П. Бабичева, Е.М. Булыжева, «Смазочно-охлаждающие технологические средства и их применение при обработке резанием».
Кроме того, Худобин Л.В. осуществил исследования в области смазочно-охлаждающих средств, применяемых при шлифовании, занимался техникой применения смазочно-охлаждающих средств в металлообработке.
М.И.Клушин занимался технологическими свойствами новых СОЖ для обработки резанием, Резников А.Н. - теплообменом при резании и охлаждением инструментов, Ивкович Б. - трибологией резания, смазочно-охлаждающими жидкостями, Берлинер Э. М. - подбором эффективных смазочно-охлаждающих жидкостей для резания и вопросами экологии.
Обзор состояния вопроса на мировом уровне
Значительный вклад в исследование СОТС сделал французский инженер фирмы «Shell» Бенуа Брокери (Benoît BROQUERIE). Его труды «Смазочно-охлаждающие технологические среды – роль в обработке и классификации» («Fluides de coupe - Rôle en usinage et classification») и «Смазочно-охлаждающие технологические среды – использование и управление подачами струй» («Fluides de coupe - Mise en oeuvre et traitement des rejets») определяют и анализируют факторы, влияющие на выбор СОТС, рассматривают жизненный цикл СОТС: её изготовление, эксплуатацию, восстановление.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перечень основных результатов
В данной работе:
определяются физико-химические свойства СОТС наиболее сильно влияющие на процесс резания
исследуются напряжённости теплового поля, возникающего в зоне резания при токарной обработке, сверлении, фрезеровании
исследуются условия работы режущего инструмента при токарной обработке, сверлении, фрезеровании
исследуются условия попадания СОТС в зону резания при токарной обработке, сверлении, фрезеровании
исследуются условия транспортирования стружки СОТС при токарной обработке, сверлении, фрезеровании
исследуется влияние вида обработки (токарная обработка, сверление, фрезерование) на эффективность применения СОТС
исследуется влияние химического состава и структуры обрабатываемого материала заготовки на эффективность применения СОТС
исследуется влияние основных свойств СОТС на теплофизические процессы в зоне резания на эффективность применения СОТС
исследуется влияние режимов резания на эффективность применения СОТС
исследуются тепловые явления, возникающие при резании при использовании различных СОТС
разрабатывается математическая модель оптимального выбора СОТС
разрабатывается программное обеспечение оптимального выбора СОТС
На основе данной математической модели осуществляется разработка программного обеспечения оптимального выбора СОТС.
Выводы и перспективы исследования
Данная работа способствует определению оптимального выбора СОТС в заданных условиях обработки металлов резанием. При этом обеспечиваются заданные точность и качество обрабатываемой детали, повышается производительность металлообработки, увеличивается стойкость режущего инструмента. Данная система экономически выгодна как за счёт вышеперечисленных факторов, так и за счёт снижения расхода СОТС, а также использования более дешёвых, но не менее эффективных СОТС.
В перспективе разработанная система выбора СОТС может расширяться, становится более совершенной. В неё могут включаться такие факторы влияния как способ подачи СОТС, может расширяться гамма видов обработки, материалов, инструментов в качестве совокупности параметров влияющих на выбор СОТС.
Литература
Книги
- Анурьев В. И. Справочник конструктора - машиностроителя . - М.: Машиностроение, 1980. - Т1, Т2 и Т3.
- Балабанов А.Н. Краткий справочник технолога – машиностроителя – М.: Издательство стандартов, 1992. – 464с.
- Даниелян А.М., П.И. Бобрик, Я.Л. Гуревич, И.С. Егоров. Обработка резанием жаропрочных сталей, сплавов и тугоплавких металлов. – М.: Машиностроение, 1965, 308с.
- Латышев В.Н. Повышение эффективности СОЖ.- 2-ое изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1985.- 64 с.
- Латышев В.Н. Исследование физических сторон действия смазочно-охлаждающих жидкостей в процессе резания различных металлов / Сборник: Вопросы применения СОЖ при резании металлов. Иваново 1965 – 109с.
- Обработка металлов резанием: Справочник технолога/ А. А. Панов, В. В. Аникин, Н. Г. Бойм и др.; Под общ. ред. А. А. Панова. - М.: Машиностроение. 1988. - 736 с.: ил.
- Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках. Часть 1. Изд.2-е. - М.: Машиностроение, 1974.-415с.
- Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного на обслуживание рабочего места и подготовительно – заключительного для технического нормирования станочных работ. Изд.2-е. - М.: Машиностроение, 1974.-421с.
- Петраков Ю.В. Лабораторно-комп’ютерний практикум з теорії різання: Навчальний посібник для студентів, що навчаються за напрямом «Інженерна механіка». – Київ: Політехника, 2006. – 190 с.
- Резников А.Н. Теплофизика резания:. - М.: Мaшиностpоение, 1969. – 288 с.
- Резников А.Н. Теплообмен при резании и охлаждение инструментов.- М.: Машгиз, 1963.- 200 с.
- Резников Н.И., Е.В.Бурмистров, И.Г. Жарков и др. Обработка резанием жаропрочных, высокопрочных и титановых сплавов. – М.: Машиностроение, 1972, 200с.
- Смазочно – охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием: Справочник / Под ред. Энтелиса С. Г , Берлинера Э. М./ – М. Машиностроение, 1995. 362 с.
- Справочник технолога - машиностроителя/ Под ред. А. Г. Косиловой, Р. К. Мещерякова. - М.: Машиностроение. 1972. - Т1. и Т2
- Справочные таблицы для определения припусков на механическую обработку (для студентов всех специальностей направления подготовки 7.090 «Инженерная механика»)/ Т.Г. Ивченко, Н.В. Голубов, В.Г. Нечепаев – Донецк: ДонНТУ, 2003 - с
- Станочные приспособления: Справочник. В 2-х томах./Под ред. Б. Н. Вардашкина, А. А. Шатилова, М: Машиностроение 1984. – 592 с.
- Технологические свойства новых СОЖ для обработки резанием / Под ред. М.И.Клушина.- М.: Машиностроение, 1979.- 192 с.
|
русский
français
українська
english
