Забезпечення якості обробки довгомірних деталей поверхневим пластичним деформуванням з використанням полімервмісних МОТЗ - Автореферат

Клас довгомірних циліндричних деталей охоплює широку номенклатуру і потребує бути забезпеченим комплексом експлуатаційних вимог, які задають на фінішних операціях. Значна розбіжність уявлень про поведінку полімервмісних МОТЗ в зоні металообробки залишає практично не визначеними оптимальний склад полімервмісного МОТЗ, тип операції, режими і сам процес обробки, властивості матеріалу обробки і обробного інструменту, при яких можливе максимальне підвищення ефективності їх застосування. Для досягнення поставленої мети в роботі необхідно було вирішити такі задачі: - розробити динамічні і математичні моделі процесу обробки довгомірних деталей поверхневим пластичним деформуванням; визначити імовірний склад і перетворення поверхнево-активних сполук полімервмісного МОТЗ в осередку пластичного контакту металів при обкатуванні роликом та їх вплив на формування характеристик міцності поверхневих шарів оброблюваних поверхонь; отримати аналітичні залежності технологічного забезпечення геометричних і фізико-механічних параметрів стану поверхневого шару зовнішніх поверхонь обертання, оброблених обкатуванням роликом за токарною схемою з використанням полімервмісних МОТЗ;Викладено сучасні способи підвищення розмірної точності і шляхи зменшення похибок форми, шорсткості і хвилястості довгомірних деталей при їх обробці за токарною схемою. Виведено рівняння статичної пружної лінії вісі деталі за прийнятою схемою: , (1) де ; Е - модуль пружності матеріалу заготовки; Ix - момент інерції поперечного перерізу вала; l - довжина довгомірного валу; Рх - складова сили обробки у вісевому напрямку; х - поточна координата інструменту вздовж вісі деталі; Py - радіальна навантажувальна сила; Cy1і Cy2 - відповідно, радіальна жорсткість передньої (затискного патрона) та задньої опори. В результаті виникає додатковий припуск на обробку, який визначається нерівномірностями радіальної і поворотної жорсткості, нерівномірністю жорсткості супорта , відхиленням від круглості заготовки та її радіальним биттям ? р : . В результаті компютерної реалізації математичної моделі формоутворення деталей, що було запропоновано в другому розділі, отримано пружні статичні лінії і динамічні коливання вісі деталі для попередньої операції точінням і подальшої обробки ППД за обраною схемою. Для зменшення радіальної складової Ру та її динамічного розмаху ?РУ розглянуто можливість проводити обробку на знижених навантажувальних зусиллях Роб без втрат заданої шорсткості поверхонь за рахунок збільшення пластичної усадки поверхневого шару деталі.Розроблені динамічна і математична моделі процесу обробки довгомірних деталей при поверхнево-пластичному деформуванні, які враховують піддатливість місць закріплення в затискному патроні передньої бабки і центрі задньої, що дозволяє при різних схемах і режимах більш точно визначати і прогнозувати розміри, форму і якість поверхні оброблених деталей в поздовжньому і поперечному напрямках. Реалізацією математичної моделі на ЕОМ доведено, що по мірі руху інструменту існує ділянка зрівняння пружних статичних відтиснень передньої і задньої опор де динамічні коливання вісі деталі можуть складати до 50% від статичного переміщення. Проведено багатофакторний статистичний аналіз поверхневого деформування при верстатній обробці і отримано математичну модель, яка доводить значимість фактору МОТЗ третім за рангом після повздовжньої подачі (кратність докладання навантаження), зусилля обкатування, та їх взаємодій. Деформаційні процеси при використанні полімервмісного МОТЗ на операціях ППД раніше починаються і мають більшу швидкість розвитку в поверхневих шарах металу порівняно із традиційними МОТЗ. Показано, що дані ефекти викликані складним послідовним комплексом фізико-хімічних перетворень полімерів під впливом значних контактних механічних напруг і локальних температур в зоні деформування до утворення атомарного водню, який дифузує в поверхневий шар деталі, змінює фізико-механічні властивості металу під час деформування, поліпшує умови обробки.

Основний зміст роботи

1. Розроблені динамічна і математична моделі процесу обробки довгомірних деталей при поверхнево-пластичному деформуванні, які враховують піддатливість місць закріплення в затискному патроні передньої бабки і центрі задньої, що дозволяє при різних схемах і режимах більш точно визначати і прогнозувати розміри, форму і якість поверхні оброблених деталей в поздовжньому і поперечному напрямках. Реалізацією математичної моделі на ЕОМ доведено, що по мірі руху інструменту існує ділянка зрівняння пружних статичних відтиснень передньої і задньої опор де динамічні коливання вісі деталі можуть складати до 50% від статичного переміщення.

2. Проведено багатофакторний статистичний аналіз поверхневого деформування при верстатній обробці і отримано математичну модель, яка доводить значимість фактору МОТЗ третім за рангом після повздовжньої подачі (кратність докладання навантаження), зусилля обкатування, та їх взаємодій. Зростання концентрації високомолекулярної речовини в МОТЗ діє в напрямку збільшення пластичної усадки поверхневого шару деталі.

3. Деформаційні процеси при використанні полімервмісного МОТЗ на операціях ППД раніше починаються і мають більшу швидкість розвитку в поверхневих шарах металу порівняно із традиційними МОТЗ. Показано, що дані ефекти викликані складним послідовним комплексом фізико-хімічних перетворень полімерів під впливом значних контактних механічних напруг і локальних температур в зоні деформування до утворення атомарного водню, який дифузує в поверхневий шар деталі, змінює фізико-механічні властивості металу під час деформування, поліпшує умови обробки.

4. Експериментально зафіксовано, присутність атомарного водню при верстатній обробці ППД, постачальником якого в зону обробки є полімервмісний МОТЗ. Цей факт підтверджено утворенням в поверхневих шарах технічно-чистого заліза обємної фази підвищеної твердості з незворотнім перерозподілом енергій звязку електронних рівнів.

5. Встановлено, що поліпшення деформованості під впливом полімервмісного МОТЗ проявляється у всьому діапазоні швидкостей і зусиль, які застосовують при токарній обробці поверхневим пластичним деформуванням і його ефективність підвищується із зажорсткненням режимів обробки.

6. Застосування полімервмісних МОТЗ дозволяє встановлювати навантажувальні зусилля до 40% нижче за традиційні, що має благодійний вплив на розмірну точність і відхилення від круглості для довгомірних деталей типу тіл обертання. Виявлено можливість зниження поля розсіювання діаметральних розмірів на 20 - 30% за рахунок зростання співвідношення залишкової деформації до поля допуску заготовки від попередньої операції точінням.

7. Виведені аналітичні залежності формування мікрогеометрії зовнішніх поверхонь обертання оброблених шляхом обкатування роликом, що дозволяють на стадії розробки технологічного процесу оцінити і призначити режими забезпечення заданої якості з урахуванням впливу МОТЗ.

8. Запропоновано новий спосіб обробки металів, захищений патентом України на винахід і прийнятий до впровадження на двох підприємствах.

Рекомендації виробництву

Для забезпечення якісних результатів при обробці довгомірних валів поверхневим пластичним деформуванням шляхом обкатування роликом за токарною схемою, а також підвищення продуктивності слід запровадити у виробництво такі заходи: - при виборі силових технологічних режимів необхідно враховувати піддатливість місць закріплення заготовки патрона і центра задньої бабки за запропонованою математичною моделлю;

- при виборі МОТЗ бажано використовувати полімерну добавку поліетилену низького тиску до масла Т1500 з концентрацією 1% за масою, або будь-якого іншого мінерального масла без домішок;

- розрахунок очікуваної шорсткості слід виконувати за запропонованою методикою накатування кругових лунок без поздовжньої подачі інструменту;

- вибір поздовжньої подачі необхідно здійснювати з урахуванням ширини лунки, накатаної з нульовою поздовжнею подачею або розраховувати за отриманою регресійною моделлю для сталі 45;

- враховувати кратність докладання навантаження для оцінки майбутньої міцності оброблених поверхонь за викладеними в роботі даними.

1. Сошко В.А., Селиверстов И.А., Дмитриев Д.А. Влияние полимерных присадок к СОТС на микротвердость обработанныхметаллических поверхностей // Вісник херсонського державного технічного університету. - 1997. - №1. - С.145 - 146.

Дисертанту належить обробка отриманих експериментальних даних і визначення напрямків подальших досліджень.

2. Селиверстов И.А., Соха В.И., Дмитриев Д.А. О применении полимерсодержащих смазочно-охлаждающих технологических средств при механической обработке металлов // Вісник херсонського державного технічного університету. - 1997. - №1. -С.187 - 190.

Дисертанту належить аналіз літературних джерел за проблемою.

3. Сошко А.И., Дмитриев Д.А. Применение полимерсодержащих технологических смазочных средств для обработки металлов поверхностным пластическим деформированием // Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении: Межвуз. тематический сборник научных трудов ДГМА. - Краматорск. - 1998. - №4. - С.186 - 190.

Дисертантом розроблено методику проведення досліджень.

4. Дмитрієв Д.О. До питання впливу полімервмісних технологічних змащувальних середовищ на процеси механічного зміцнення металів // Вісник херсонського державного технічного університету. - 1998. - №4.- С.212 - 216.

5. Дмитрієв Д.О. Вплив обробки поверхневим пластичним деформуванням в полімервмісних МОТЗ на корозійну стійкість металевих виробів // Вестник НТУУ "Киевский политехнический институт". - 1999. - №34.-С.163 - 167.

6. Дмитрієв Д.О., Сошко В.О., Діневич Г.Ю. Про перетворення полімерної складової до МОТЗ в осередку пластичного контакту металів // Вісник херсонського державного технічного університету. - 1999.-№3.-С.266 -268.

Дисертанту належить постановка задачі і проведення експерименту.

7. Дмитрієв Д.О., Сошко В.О., Міщук О.О., Діневич Г.Ю. Структурні зміни армко-заліза, деформованого в полімервмісних мастильно-охолоджуючих технологічних засобах // Вестник НТУУ "Киевский политехнический институт". - 1999. -№37. - С.249 - 255.

Дисертанту належить аналіз даних і формулювання висновків.

8. Сошко В.О., Дмитрієв Д.О. Спосіб обробки металів. Патент України №35422А, МПК 6В23Р9/02 С23С22/02; Заявлено 12.10.1999; Опубл. 15.03.2001, Бюл.№2. - 4с.

Дисертантом виконано патентний пошук за проблемою, отримані та підготовлені дані для опису винаходу.

9. Гринавцев О.В., Гринавцев В.Н., Дмитриев Д.А. Повышение стойкости матриц при прессовании алюминиевых сплавов // Тезисы докл. международной технической конференции "Современные проблемы машиностроения и технический прогресс".-Донецк: ДОНГТУ. - 1996.-С.61

Дисертантом виготовлено магнітну змащувальну рідину для досліджень.

10. Діневич Г.Ю., Дмитрієв Д.О., Сошко В.О., Міщук О.О. Технологічні можливості деформаційного зміцнення металів з застосуванням полімервмісних технологічних середовищ // Тезисы докл. международной конференции "Новые технологи и методы упрочнения деталей энергетических установок". - Запорожье: ЗГТУ - 2000. - С.120.