Підвищення ефективності механічної обробки виробів зі сталей з підвищеними характеристиками міцності - Автореферат

Ці завдання можуть бути вирішені у результаті використання високолегованих сталей та сплавів, які дорого коштують, або до корінного змінення технологічного процесу виготовлення деталей, починаючи з методу отримання початкового металу, методу пластичного формоутворювання, різних видів термічної обробки та у деякій мірі мікролегуванням сталей рідкими та рідкоземельними матеріалами з наступною механообробкою. Матеріали з високими експлуатаційними властивостями характеризуються низькою оброблюваністю різанням, а процес механообробки супроводжується високою інтенсивністю зносу ріжучих інструментів. Для досягнення мети у дисертаційній роботі були поставлено такі завдання: 1.Створити модель оптимізації процесу механообробки великогабаритних виробів відповідального призначення з підвищеними характеристиками міцності з врахуванням структурного стану металу та методу отримання початкової заготівки. 3.Встановити регресійні залежності, котрі описують змінення швидкості різання від елементів режимів та комплексу фізико-механічних властивостей заготівки (межі міцності, відносного звуження, ударної вязкості та твердості), способу її отримання та виду термічної обробки. Автор захищає: залежності впливу на швидкість різання комплексу фізико-механічних властивостей (межі міцності, відносного звуження, ударної вязкості та твердості), методику оптимізації процесу механообробки великогабаритних виробів з хромонікелемолібденових сталей; методику визначення порівняльних показників оброблюваності важкооброблюваних матеріалів; алгоритми моделювання процесів точності механообробки на ПЕОМ з врахуванням жорсткості системи ВПІД; розроблені конструкції ріжучих інструментів, зокрема свердлильної головки для глибокого свердлення та конструкцію токарного прохідного різця для чистової та напівчистової обробки; логічну схему прийняття рішень при розробці та засвоєнні процесу механообробки деталей з хромонікелемолібденових сталей з підвищеними характеристиками міцності.У вступі обгрунтовано актуальність теми досліджень, викладено мету та завдання досліджень, наукову новизну, практичну цінність та апробацію результатів дисертації, публікації матеріалів та впровадження результатів роботи.На підставі літературного огляду для оцінки оброблюваності сталей типу 38ХН3МФА з різними засобами отримання заготівки та термообробки було вибрано такі параметри: швидкість різання; точність обробки, котра характеризується в основному інтенсивністю розмірного зносу ріжучого інструменту; можливість отримання необхідних параметрів шорсткості обробленої поверхні та ін. Методики досліджень розроблювались із врахуванням того, що експерименти необхідно було проводити на реальних заготівках у виробничих умовах, що обумовлювалось впливом масштабного фактору на фізико-механічні властивості. Запропонована методика дозволяє отримати порівняльні оцінки зносу ріжучих інструментів при обробці сталей, отриманих різними технологічними методами з врахуванням термічної обробки, та зробити порівняння діапазонів стійкої роботи ріжучого інструмента до заданого критерію затуплення. Розроблено методику моделювання обробки на ПЕОМ з метою визначення похибок обробки деталей типу валів та алгоритм рішення завдання, що дозволило визначити можливість підвищення режимів різання без утрати точності системи ВПІД за рахунок використання у моделюючій програмі формули для розрахунку швидкості різання з врахуванням фізико-механічних властивостей заготівок. Для врахування комплексу фізико-механічних властивостей, запропоновано у формулу для розрахунку швидкості різання ввести відповідні коефіцієнти межі міцності Ks, відносного звуження Ky та ударної вязкості Kc.Розроблено комплекс технологічного забезпечення якості та продуктивності процесів різання на основі визначення оптимальних умов обробки легованих сталей з підвищеними характеристиками міцності, який дозволяє підвищити ефективність виготовлення деталей відповідального призначення. 2.Комплексна методика дослідження оброблюваності та оптимізації процесу різання дозволяє визначити оптимальні режими механообробки сталі 38ХН3МФА з врахуванням фізико-механічних властивостей, методу отримання заготівки та виду термічної обробки. 4.Механообробка сталі 38ХН3МФА, отриманої методом подвійного переплаву, характеризується зниженням зносостійкості ріжучих інструментів на 7 ? 12 % у порівнянні зі сталлю, отриманою методом електрошлакового переплаву. Підвищення фізико-механічних властивостей сталі після нормалізації з відпуском приводить до зниження зносостійкості ріжучих інструментів у 1,4 ? 2,1 рази у порівнянні зі сталлю після відпалу. 5.Розроблено методики, алгоритми та програмні файли для моделювання на ПЕОМ похибок обробки деталей типу валів у середовищі сучасних пакетів прикладних програм, які дозволяють виявити резерв підвищення продуктивності обробки сталі з врахуванням комплексу фізико-механічних властивостей.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Розроблено комплекс технологічного забезпечення якості та продуктивності процесів різання на основі визначення оптимальних умов обробки легованих сталей з підвищеними характеристиками міцності, який дозволяє підвищити ефективність виготовлення деталей відповідального призначення.

У результаті виконаних досліджень встановлено наступне: 1.Подвійний переплав та прямий електрошлаковий переплав, з наступними багатоступінчастими термічними обробками, дозволяють підвищити міцність заготівок з хромонікелемолібденових сталей на 25 ? 28 % (sв = 1550 МПА, що відповідає високоміцній сталі) без змінення хімічного складу базових елементів.

2.Комплексна методика дослідження оброблюваності та оптимізації процесу різання дозволяє визначити оптимальні режими механообробки сталі 38ХН3МФА з врахуванням фізико-механічних властивостей, методу отримання заготівки та виду термічної обробки.

3.Швидкість різання при обробці сталі 38ХН3МФА з врахуванням твердості, міцності, пластичних характеристик, а також методу отримання початкового металу заготівки та виду наступної термічної обробки може бути описана за допомогою лінійних регресійних рівнянь. Запропонований коефіцієнт фізико-механічних властивостей враховує змінення характеристик пластичності та міцності досліджуваної сталі у формулі для розрахунку швидкості різання.

4.Механообробка сталі 38ХН3МФА, отриманої методом подвійного переплаву, характеризується зниженням зносостійкості ріжучих інструментів на 7 ? 12 % у порівнянні зі сталлю, отриманою методом електрошлакового переплаву. Підвищення фізико-механічних властивостей сталі після нормалізації з відпуском приводить до зниження зносостійкості ріжучих інструментів у 1,4 ? 2,1 рази у порівнянні зі сталлю після відпалу.

5.Розроблено методики, алгоритми та програмні файли для моделювання на ПЕОМ похибок обробки деталей типу валів у середовищі сучасних пакетів прикладних програм, які дозволяють виявити резерв підвищення продуктивності обробки сталі з врахуванням комплексу фізико-механічних властивостей.

6. Розроблено конструкції ріжучих інструментів: свердлильної головки, яка дозволяє знизити відвод отвору у 2 рази у порівнянні з базовою конструкцією, та токарного прохідного різця з регульованим кутом різання. Розроблений комплекс технологічних рішень забезпечує економію ріжучого інструмента при обробці різанням хромонікелемолібденових сталей на 15 ? 18 %, при цьому поліпшується якість обробленої поверхні за показниками шорсткості Ra та розмірної точності на 10 ? 15 % без введення додаткових операцій механообробки.

7. Річний економічний ефект від впровадження вказаних розробок в умовах ЗАТ НКМЗ та АТ “Дніпроважмаш ” складає 12 480 гривень.

Основні положеняя дисертації опубліковані у наступних роботах: 1.Паршин Ю.И. Моделирование процессов обеспечения точности токарной обработки с учетом допускаемых сил резания, характера закрепления детали и жесткости технологической системы // Вісті Академії інженерних наук України. - 1997. - №1. - С. 41-44.

2.Проволоцкий А.Е., Паршин Ю.И. Комплексные исследования обрабатываемости материалов // Наукові праці Національного технічного університету України (КПИ) “Прогресивна техніка і технологія машинобудування, приладобудування і зварювального виробництва”- Том 1. - К.: НТУУ (КПИ). - 1998. - С. 309-312.

3.Проволоцкий А.Е., Паршина Е.А., Паршин Ю.И. Оптимизация технологических процессов резания труднообрабатываемых материалов // Вісті Академії інженерних наук України. - 1998. - №2. - С. 11-28.

4.Проволоцкий А.Е., Паршина Е.А., Паршин Ю.И. Исследование сложноорганизованной системы процесса резания хромоникелемолибденовых сталей // Вісті Академії інженерних наук України. - 1999. - №3. - С. 9-18.

5.Паршин Ю.И., Вишняков А.П. Исследование процессов механообработки легированных сталей с высокой категорией прочности // Вісті Академії інженерних наук України. - 1999. - №4.- С. 39-49.

6. Проволоцкий А.Е., Паршин Ю.И. Перспективные технологии изготовления изделий из хромоникелемолибденовых сталей // Труды IV Междунар. конф. “Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века ” - Донецк: ДОНГТУ. - 1999. - С. 293 - 296.

7.Паршина Е.А., Паршин Ю.И. Проблемы освоения технологии изготовления деталей из труднообрабатываемых материалов // Современные технологии в тяжелом и транспортном машиностроении. - Днепропетровск: ВПОП “Днепро”. - 1995. - С.206-213.

8.Проволоцкий А.Е., Паршина Е.А., Паршин Ю.И., Дудник М.И. Прогресивные технологии изготовления деталей ответственного назначения // Новые разработки в машиностроительном производстве.- Днепропетровск: АТ “Днепротяжмаш”. - 1996. - С. 26 - 34.

9. Паршина Е.А., Паршин Ю.И. Определение режимов резания с учетом динамических явлений в технологической системе и заданной точности обработки // Труды Междунар. конф. “Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем” - Краматорск: ДГМА. - 1995. - С. 62 - 63.

10. Паршина Е.А., Паршин Ю.И. Моделирование процессов механообработки с учетом динамических явлений в технологической системе и заданной точности // Новые разработки в машиностроительном производстве. - Днепропетровск: АТ “Днепротяжмаш”. - 1996. - С. 34 - 38.

11. Проволоцкий А.Е., Паршина Е.А., Паршин Ю.И., Оксамытный Н.С. Исследование обрабатываемости деталей из стали 38ХН3МФА с учетом структурного состояния и метода получения исходного металла // Вісті Академії інженерних наук України. - 1997. - №1. - С. 33-40.

12. Проволоцький О.Є., Паршин Ю.І., Паршина О.А., Оксамитний М.С. “Токарний різець”. Рішення Госпатенту України від 17.09.99 р. про видачу патенту на винахід за заявкою № 99042276 від 22.04.1999 р. МПК 6 В23. В27/00.

13. Проволоцький О.Є., Паршин Ю.І., Паршина О.А., Оксамитний М.С. “Свердлильна головка”. Рішення Госпатенту України від 01.11.99 р. про видачу патенту на винахід за заявкою № 99042304 від 23.04.1999 р. МПК 6 В23. В41/00.

У роботах здобувачем виконано наступне: [2] - розроблено комплексну методику дослідження оброблюваності матеріалів з підвищеними характеристиками міцності; [3] - розроблено методику оптимізації процесу різання, методику визначення коефіцієнтів запасу точності та проведено експериментальні дослідження точності обробки на ПЕОМ; [4] - виконано дослідження оброблюваності хромонікелемолібденових сталей та визначено ступінь впливу технологічних факторів на якісні показники механообробки; [5] - запропоновано використовувати порівняльні показники оброблюваності для оцінки впливу методу отримання металу та виду термічної обробки на явища оброблюваності; [6] - обгрунтовано перспективу поширення використання легованих сталей; [7] - розроблено картки оброблюваності деталей з хромонікелемолібденових сталей та модель пошуку рішень при освоєнні технології виготовлення деталей з важкооброблюваних матеріалів; [8] - запропоновано методику виробничих досліджень та логічну схему прийняття рішень при розробці технології виготовлення особливо відповідальних деталей машинобудівного комплексу; [9] - обгрунтовано вибір режимів різання з врахуванням динамічних явищ; [10] - розроблено методику визначення оптимальних технологічних умов обробки деталей типу валів із врахуванням похибок, які виникають внаслідок деформації технологічної системи; [11] - проведено експериментальні дослідження процесів механообробки виробів із сталі 38ХН3МФА; [12] - запропоновано компановку опорного ріжучого блоку токарного різця; [13] - запропоновано засіб кріплення ріжучих пластин.