Брадулов Павел Русланович

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты
• 3. Предполагаемая научная новизна
• 4 Предполагаемая практическая польза
• 5. Анализ существующих методов комбинированной обработки
• 5.1 Использование комбинированных методов обработки в машиностроении и их общая классификация
• 5.2 Анализ возможностей комбинированный обработки
• Перечень ссылок

ВВЕДЕНИЕ

Основные эксплуатационные свойства деталей машин - износостойкость, прочность, коррозионная стойкость в значительной степени определяются состоянием их поверхностного слоя, определяемый технологией изготовления. В современном производстве назначения и технологическое обеспечение параметров состояния поверхностей деталей недостаточно обосновано, что приводит либо к завышению требований и удорожанию машин, или к их занижению и снижению надежности ..

Повышение производительности и качества обработки деталей машин с использованием комбинированных методов обработки, а соответственно повышение экономической эффективности производства, является актуальной проблемой современной промышленности. Решение этих задач, а также сопутствующих проблем, возможно посредством применения кобинованих методов обработки деталей машин.

1. Актуальность темы

Каждый способ обработки имеет свою преимущественную область применения, обусловленную комплексом и уровнем значений обеспечиваемых параметров качества несущего слоя.

Как правило, одни комбинации методов обеспечивают высокую степень улучшения поверхности, но малую глубину слоя, другие - достаточную глубину, но недостаточную степень улучшения поверхности, третий - среднюю глубину и степень улучшения поверхни.Тому теоретические и экспериментальные исследования, направленные на разработку, определение оптимальной комбинации и условий обработки, совершенствование и внедрение комбинированных методов обработки-актуальны и перспективными направлениями ислледований.

2. Цель и задачи исследования и запланированные результаты

Цель работы - повышение эксплуатационных свойств деталей машин и производительности их механической обработки за счет применения комбинированных методов обработки.

Основные задачи исследования:

1. Анализ существующих методов повышения эксплуатационных свойств деталей машин и обоснование целесообразности применения комбинированной лезвийной и укрепляющей обработки с последующим нанесением покрытий
2. Исследование основных параметров комбинированной обработки совместимым точением и укрепляющей отделкой.
3. Исследование основных эксплуатационных свойств деталей машин - износостойкости и усталостных прочности в зависимости от условий комбинированной обработки.
4. Определение оптимальных режимов комбинированной обработки по критерию максимальной производительности
5. Обоснование технико-экономической целесообразности применения комбинированной лезвийной и укрепляющей обработки поверхностно-пластическим деформированием деталей типа "тела вращения".
6. Разработка рекомендаций по выбору методов и условий комбинированной обработки, обеспечивающих максимальную производительность механической обработки при заданном уровне качества деталей машин

3. Предполагаемая научная новизна

1. В разработке теоретических моделей формирования параметров поверхностного слоя деталей машин при комбинированной обработки с учетом эксплуатационных свойств.
2. В установлении аналитических зависимостей оптимальных по производительности и себестоимости режимов резания от условий комбинированной обработки поверхностей вращения.

4. Предполагаемая практическая польза

1. В создании обоснованных рекомендаций по выбору оптимальных режимов резания для различных условий обработки поверхностей вращения.
2. Улучшение производительности технологического процесса обработки деталей муфты за счет методов комбинированной обработки

5 Анализ существующих методов комбинированной обработки

5.1 5.1 Использование комбинированных методов обработки в машиностроении и их общая классификацияи

В современном машиностроении все шире применяют методы отделочных, укрепляющей и отделочных-укрепляющей обработки (ВЗО) с целью повышения таких эксплуатационных характеристик деталей, как прочность, выносливость, износостойкость и др.. В настоящее время разработано большое количество способов ВЗО, предназначенные для изменения шероховатости поверхности, остаточных напряжений и микротвердости поверхностного слоя.
Классификация известных способов ВЗО представлена ??на рисунке 5.1 [1].

Повышение характеристик качестве несущего слоя достигается за счет:
— создание регулярной гетерогенной макроструктуры;
— создание регулярной микрогеометрии;
— снижение высотных параметров шероховатости, увеличения опорной длины профиля поверхности механическими и электрофизическими методами: алмазно-абразивной обработкой и ее разновидностями; электрохимическим полированием; выглаживанием и обкаткой; лощением в процессе обработки металлическими щетками, вращающихся
— формирование пленки или слоя из высокопрочного, износо-или коррозионностойкого материала на подложке из материала-основы;
— изменения химического состава поверхностного слоя основного материала вследствие его насыщения атомами материала-упрочнителя — поверхностным легированием;
— термического упрочнения в результате локальной термического воздействия на поверхностный слой основного материала;
— деформационного упрочнения действием на поверхностный слой основного материала концентрированными потоками энергии или обработкой ППД;
— комбинированием перечисленных методов

Рисунок 5.1 - Способы повышения качества поверхностного слоя

На прочность несущего слоя в целом, сказывается соотношение свойств подложки и тонкого поверхностного слоя, в частности, соотношение жесткости. Для повышения несущей способности, необходимо укрепление подкладки к достаточно высокой твердости (с плавным увеличением твердости от сердцевины к поверхности детали без резких пе ¬ рехода между укрепленной и неутвержденные зоной) в сочетании с еще выше твердостью и жесткостью тонкого модифицированного поверхностного слоя и формированием в нем сжимающих остаточных напряжений. Как правило, одни способы обработки обеспечивают высо ¬ ку твердость, но малую глубину упрочненного слоя, другие - достаточную глубину, но недостаточную степень упрочнения поверхности, третьи - среднюю глубину и степень упрочнения поверхности. В связи с этим приобретают все более широкое распространение способы комбинированного упрочнения (рисунок 5.2)[1].

Среди комбинированного укрепления выделяют способы, основанные на термической и деформационной воздействия на обрабатываемый материал.

Из предложенной классификации видно, что весьма эффективным в комбинированных способах обработки является внедрение ППД, которое в сочетании с указанными методами способствует значительному повышению твердости, снижению шероховатости, формированию сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое, дополнительному укреплению, калибровка и т. д.

Так, например, обработка ППД перед нанесением покрытий является наиболее распространенным способом повышения сопротивления усталости и укрепления материала подложки. Все большее распространение получает финишная обработка металлопокрытий ППД, которая используется для дополнительного укрепления покрытия и подложки, оптимизации микрогеометрии, уменьшения пористости, восстановления и даже увеличения сопротивления усталости. Применение ППД пе ¬ ред МДО способствует повышению контактной выносливости на 70% и более. Сочетание укрепления ППД с гальваническими покрытиями обеспечивает повышение коррозионной стойкости и износостойкости. ПДД с изотермическим закаливанием создает благоприятное сочетание свойств: вязкости, пла ¬ стичности и опоры усталости. ПДД с ВТМО повышает сопротивление циклическим нагрузкам и вязкость разрушения. ППД с одним из способов повышения упругих свойств обеспечивают совокупность высоких значений статической прочности и сопротивления усталости и т. д [1].

Рисунок 5.2 - Повышение качества поверхностного слоя комбинированной укрепляющей обработкой

Основными преимуществами такой обработки является, прежде всего, обеспечение высокого качества поверхностного слоя и значительное повышение производительности за счет сокращения машинного времени, а также за счет уменьшения вспомогательного времени и времени, связанного с установкой и настройкой инструментов на станке для выполнения отдельных операций.

В настоящее время одним из прогрессивных методов обработки металлов резанием и ППД является тонкое точение резцами из сверхтвердых материалов (СТМ) [10] и алмазное выглаживание поверхностей и, следовательно, появляется возможность эффективного использования этих методов путем их комбинирования в одном инструменте. Обработка КИ для сочетанного тонкого точения и алмазного выглаживания имеет целый ряд преимуществ. Благодаря высокой твердости и износостойкости алмаза появляется возможность успешно обрабатывать закаленные стали, а также протяженные поверхности за один проход без смены инструмента. Высокая чистота поверхности рабочей части инструментов и низкая адгезионная способность алмаза позволяет достигать при обработке таким КИ еще более высокой шероховатости и качества поверхностного слоя, чем при обработке твердосплавным инструментом. Малые рабочие усилия, которые используются во время алмазного выглаживания, обеспечивают инструмента преимущество перед обкаткой и другими методами ППД - в этом случае появляется возможность использования прецизионных станков, не нарушая их точность, возможность обработки маложорстких деталей и деталей с неравномерной жесткостью, которые невозможно обработать другими методами ППД без нарушения их геометрической формы [2].

5.2 Анализ возможностей комбинированный обработки

В настоящее время, как для лезвийной, так и для отделочных-укрепляющей обработок, хорошо известны основные закономерности формирования поверхностного слоя деталей, широко представлены в справочно-нормативной литературе в виде теоретических и эмпирических зависимостей[12], [18],[19],[20]. Однако, для практического использования и обоснования рационального выбора того или иного метода в конкретных условиях обработки имеющейся информации недостаточно. Поэтому для предварительного анализа в данном разделе рассмотрим закономерности формирования шероховатости при обработке точением, обкаткой и выглаживанием наружных поверхностей вращения деталей с незакаленных и закаленных сталей на основе известных эмпирических зависимостей.

Для чистового точения незакаленных сталей твердосплавными резцами параметр шероховатости поверхности Ra равен [12]:

(5.1)

где S - подача, ? - передний угол, r - радиус при вершине резца, V - скорость резания..

Для обкатки роликами незакаленных сталей параметр шероховатости поверхности Ra равен [12]:

(5.2)

где rр - приведенный радиус ролика; Р - усилие во время обкатки; Dp - диаметр ролика; SО - подача при обкатки..

Основные особенности комбинированной обработки, использует специальные инструменты, которые сочетают в себе режущие и деформирующие элементы, состоят в том, что скорость главного движения и скорость подачи для каждой из комбинированных обработок одинаковы, в связи с чем необходимо устанавливать их одновременное воздействие на изменение параметров поверхностного слоя при каждой из комбинированных обработок с учетом зависимости параметров окончательной отделочных-укрепляющей обработки от параметров формируются на предыдущий лезвийной обработки.

Для совместной обработки чистовой точением и обкаткой роликами незакаленных сталей параметр шероховатости поверхности Ra равен:

(5.3)

Рисунок 5.3 - Графики зависимости параметров шероховатости при чистового точения Ra1, обкатка роликами Ra2 и комбинированной обработки Ra3 от подачи S

Как следует из приведенных зависимостей скорость, как во время точения, так и во время обкатки, весьма незначительно влияет на шероховатость по сравнению с подачей, поэтому в дальнейшем проводится анализ возможности управления шероховатостью за счет изменения подачи. Графики зависимости параметров шероховатости от подачи для различных видов обработки представлены на рисунке 5.3. Условия обработки, используемые для расчетов: материал детали - сталь 45, твердосплавный резец Т15К6 (радиус при вершине r = 2 мм, передний угол ? = 5о, углы в плане ? = ? 1 = 45о), скорость V = 100 м / мин, глубина резания t = 1 мм, обкаточный ролик - сталь ХВГ (диаметр 40 мм, приведенный радиус 1 мм), сила во время обкатки Р = 500 Н.

Графики наглядно иллюстрируют преимущества обкатки и совместной обработки точением и обкаткой, обеспечивающие меньшие значения параметра шероховатости поверхности Ra по сравнению с чистовой точением..

Количественную изменение шероховатости при обработке различными методами можно оценить с помощью коэффициента увеличения шероховатости, равного отношению шероховатости оцениваемого Raо и сравниваемого Raс вариантов отделки:

(5.4)

Рисунок 5.4 - Графики зависимости параметров шероховатости от подачи для различных видов обработки закаленных сталей

Графики зависимости коэффициентов увеличения шероховатости от подачи построены в приложении Б и представлены на рисунке 5.4. Для чистового точения как сравнительно совместимая обработкой (К1 = Ra1 / Ra3), так и с обкаткой (К2 = Ra1 / Ra2), шероховатость увеличивается до 3 раз, причем с увеличением подачи этот коэффициент растет. Для обкатки сравнению с совместной обработкой коэффициент увеличения шероховатости (К3 = Ra2 / Ra3) с увеличением подачи снижается, что необходимо учитывать при выборе вида отделки и регламентации его параметров.

Для тонкого точения закаленных сталей с использованием современных сверхтвердых инструментальных материалов параметр шероховатости поверхности Ra равен [12]:

(5.5)

Во время обкатки шариками и алмазного выглаживания наружных цилиндрических поверхностей деталей из закаленных сталей параметр шероховатости Ra равен [12]:

Алмазное выглаживание

(5.6)

(5.7)

Rz исх - исходная шероховатость; ? max - максимальное напряжение на контакте; d - диаметр шарика; da - диаметр алмазного индентора.

Графики зависимости параметров шероховатости от подачи для различных видов обработки закаленных сталей представлены на рисунке 5.4. Условия обработки: материал детали - сталь ШХ15 твердостью HRC 63; во время тонкого точения Эльбор передний угол ? =-10о, радиус при вершине r = 1 мм, скорость резания V = 100 м / мин; во время обкатки и выглаживания: диаметр шарика d = 10 мм, диаметр алмазного индентора da = 5 мм, исходная шероховатость Rz исх = 2 мкм, напряжение ? max = 5000 МПа, скорость V = 100 м / мин.

Для комбинированной обработки тонким точением и обкаткой, а также тонким точением и алмазным выглаживанием расчет параметров шероховатости выполняется по формулам (5.6) и (5.7), где в качестве Rz исх используются значения параметра шероховатости Ra4, что, в свою очередь, существенно зависят от подачи :

(5.8)

(5.9)

Графики зависимости параметров шероховатости от подачи для указанных видов комбинированной обработки, представленные на рисунке 5.5, свидетельствуют о том, что меньшую шероховатость обеспечивает совместное тонкое точение и алмазное выглаживание.

В связи с тем, что во время комбинированной обработки исходная шероховатость Rаисх переменная и уменьшается с уменьшением подачи, параметр шероховатости Rакомб, которая формируется в результате комбинированной обработки меньше, чем во время обычной отделочных-укрепляющей обработки. Таким образом, при комбинированной обработки для тех же самых подач может быть достигнута меньшая шероховатость поверхностного слоя, чем при обычной отделочных-укрепляющей обработки.

Рисунок 5.5 - Графики зависимости параметров шероховатости от подачи

Рисунок 5.6 - Графики зависимости параметров шероховатости при комбинированной обработки тонким точением и обкаткой Ra7, а также выглаживанием Ra8 от подачи S

Графики зависимости коэффициентов увеличения шероховатости от подачи построены и представлены на рисунке 5.7. Для тонкого точения сравнению с комбинированными обработками алмазным выглаживанием (К4 = Ra4 / Ra8) и обкаткой (К5 = Ra4 / Ra7) шероховатость увеличивается до 4 раз, и коэффициенты практически не зависят от подачи. Для обкатки (К6 == Ra5 / Ra7) и выглаживания (К7 == Ra6 / Ra8) по сравнению с комбинированной отделкой шероховатость увеличивается до 3 раз, причем коэффициент снижения шероховатости для двух указанных видов комбинированной обработки практически одинаков и с увеличением подачи снижается.

Рисунок 5.7 - Графіки залежності коефіцієнтів збільшення шорст-кості К від подачі S під час обробки загартованих сталей

Таким образом, выполнена сравнительная оценка шероховатости поверхностного слоя при различных видов лезвийной и отделочных-укрепляющей обработок свидетельствует о том, что комбинированные методы обработки резанием и ППД обеспечивают наилучшее состояние поверхностного слоя по сравнению с раздельными видами обработок.

Перечень ссылок

1. Киричек А.В., Соловьев Д.Л., Лазуткин А.Г. Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием: Библиотека технолога. — М.: Машиностроение, 2004. - 288 с.
2. Маркус Л.И., Смелянский В.М. Отделка и упрочнение поверхностей деталей алмазным выглаживанием. Серия V. Технология машиностроения, экономика и организация производства. — М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1971. – 43 с.
3. Обработка металлопокрытий выглаживанием / Л.А. Хворостухин, В.Н. Машков, В.А. Торпачев, Н.Н.Ильин. — М.:Машиностроение, 1980.-63 с.
4. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением / Л.А. Хворостухин, С.В. Шишкин, И.П. Ковалев, Р.А. Ишмаков. — М.: Машиностроение, 1988. - 144 с.
5. Головань А.Я., Грановский Э.Г., Машков В.Н. Алмазное точение и выглаживание. — М.: Машиностроение, 1976. - 32 с.
6. Торбило В.М. Алмазное выглаживание. — М.: Машиностроение, 1972. - 105 с.
7. Чистосердов П.С. Комбинированные инструменты для совмещения процессов резания и поверхностно-пластического деформирования. – М.: НИИМАШ, 1975. - 68 с.
8. Чистосердов П.С., Жуковец Г.С. Комбинированные инструменты для обработки поверхностным пластическим деформированием. – М.: НИИФОРМТЯЖМАШ, 1976. – 59 с.
9. Чистосердов П.С. Комбинированные инструменты для отделочно-упрочняющей обработки. — Минск: Беларусь, 1977. - 69 с.
10. Инструменты из сверхтвердых материалов./Под ред. Н. В. Новикова. — М.: Машиностроение, 2005 г. — 555 с.
11. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов /А.М. Дальский, Т.М. Барсукова, А.Ф. Вязов и др. — М.: Машиностроение, 2005. - 592 с.
12. Справочник технолога-машиностроителя: В 2-х т. / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985. - Т. 1. - 656 с.
13. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. /Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. — М.: Машиностроение, 1985. - Т. 2. - 496 с.
14. Проектирование и производство заготовок в машиностроении: Учеб. Пособие/ П.А. Руденко, Ю.А. Харламов, В.М. Плескач; Под общ. ред. В.М. Плескача. — К.: Выща шк., 1991. - 247 с.
15. Режущие инструменты, оснащенные сверхтвердыми и керамическими материалами, и их применение: [Справочник] / В.П. Жедь, Г.В. Боровский, Я.А. Музыкант, Г.М. Ипполитов. — М.: Машиностроение, 1987. - 320 с.
16. Лезвийный инструмент из сверхтвердых материалов: [Справочник] / Н.П. Винников, А.И. Грабченко, Э.И. Гриценко и др.; Под. общ. ред. акад. АН УССР Н. В. Новикова. — К.: Тэхника, 1988. - 118 с.
17. Общемашиностроительные нормативы времени вспомогательного, на обслуживание рабочего места и подготовительно-заключительного для нормирования станочных работ. Серийное производство. — М.: Машиностроение. 1974. - 421 с.
18. Качество машин: Справочник в 2-х т. / А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, Н.А. Виткевич и др. — М.: Машиностроение, 1995. - Т. 1. – 256 с.
19. Качество машин: Справочник в 2-х т. / А.Г. Суслов, Ю.В. Гуляев, А.М. Дальский и др. — М.: Машиностроение, 1995. - Т. 2 – 430 с.
20. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. — М.: Машиностроение, 1987. - 208 с.
21. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами / А.Г. Бойцов и др. — М.: Машиностроение, 1991. - 144 с.
22. Шнейдер Ю.Г. Чистовая обработка металлов пластическим деформированием. — Л.: ЛДНТП, 1958. – 230 с.
23. Шнейдер Ю.Г. Инструмент для чистовой обработки металлов давлением. — Л.: Машиностроение, 1971. – 248 с.
24. Проскуряков Ю.Г. Технология упрочняющей и формообразующей обработки металлов. — М.: Машиностроение, 1971. – 203 с.
25. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. — М.: Машиностроение, 1978. – 152 с.
26. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. — М.: Машиностроение, 1978. - 184 с.
27. Кузнецов Н.Д., Цейтлин В.И., Волков В.И. Технологические методы повышения надежности деталей машин. — М.: Машиностроение, 1993. - 304 с.
28. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием.: Справочник. — М.: Машиностроение, 1987. – 328 с.
29. Технологические основы обеспечения качества машин / К.С. Колесников, Г.Ф. Баландин, А.М. Дальский и др. — М.: Машиностроение, 1990. – 256 с.
30. Крагельский И.В. Трение и износ. — М.: Машиностроение, 1968. – 480 с.
31. Грановский Г.И., Грановский В.Г. Резание металлов: Учебник для машиностр. и приборостр. спец. вузов. — М.: Высш. шк., 1985. – 304 с.
32. Грановский Г.И. Обработка результатов экспериментальных исследований резания металлов. — М.: Машиностроение, 1982. – 112 с.
33. Теория резания металлов в примерах и задачах: Учеб. пособие / О.С. Кроль, Е.У. Зарубицкий, В.Н. Киселев. — К.: УМК ВО, 1992. – 124 с.
34. Кроль О.С., Хмелевский Г.Л. Оптимизация и управление процессом резания. Учеб. пособие. — К.: УМК ВО, 1991. – 140 с.
35. Якобс Г., Якобс Э., Кохан Д. Оптимизация резания. Параметризация способов обработки резанием с использованием технологической оптимизации / Пер. с нем. — М.: Машиностроение, 1981. – 279 с.