Главная » 2014 » Август » 23 » Скачать Обеспечение качества поверхностного слоя деталей при высокоскоростном торцевом фрезеровании закаленных сталей. Кирюшин, Игорь бесплатно
7:28 AM
Скачать Обеспечение качества поверхностного слоя деталей при высокоскоростном торцевом фрезеровании закаленных сталей. Кирюшин, Игорь бесплатно
Обеспечение качества поверхностного слоя деталей при высокоскоростном торцевом фрезеровании закаленных сталей
Диссертация
Автор: Кирюшин, Игорь Евгеньевич
Название: Обеспечение качества поверхностного слоя деталей при высокоскоростном торцевом фрезеровании закаленных сталей
Справка: Кирюшин, Игорь Евгеньевич. Обеспечение качества поверхностного слоя деталей при высокоскоростном торцевом фрезеровании закаленных сталей : диссертация кандидата технических наук : 05.02.08, 05.03.01 Саратов, 2007 205 c. : 61 07-5/3746
Объем: 205 стр.
Информация: Саратов, 2007
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
Глава
I ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ ЛЕЗВИЙНОЙ ОБРАБОТКИ И КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ЗАКАЛЕННЫХ СТАЛЕЙ, КОТОРОЕ ОНИ ОБЕСПЕЧЕВАЮТ
11 Основные параметры качества поверхностного слоя
111 Остаточные напряжения
112 Особенности формирования шероховатости поверхности
113 Наклёп поверхностного слоя
114 Структура поверхностного слоя деталей
115 Неоднородность свойств поверхностного слоя деталей
12 Высокоскоростная лезвийная обработка
13 Управление качеством поверхностного слоя
14 Особенности структуры закаленных сталей И
15 Инструментальные материалы, применяемые при высокоскоростном фрезеровании закаленных сталей
16 Постановка задач исследования
Глава
II МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ТОРЦЕВОГО ФРЕЗЕРОВАНИЯ ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ НА ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛИ
21 Технологические остаточные напряжения в поверхностном слое деталей
211 Модель остаточные напряжения в поверхностном слое детали от действия силового фактора
212 Нахождение остаточных напряжений от действия фактора температурного
213 Нахождение остаточных напряжений от действия структурно фазовых превращений 6S
214 Определение результирующих остаточных напряжений в поверхностном слое обработанной детали 2 Особенности формирования шероховатости поверхности при ВСО
23 Расчёт микротвёрдости поверхностного слоя при ВСО
24 Методика исследования структурно-фазового состава поверхностного слоя Схема определения процентного содержания фаз
25
Выводы
Глава
III ИССЛЕДОВАНИЕ С0СТ0ЯНР1Я ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ ПОСЛЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ТОРЦЕВОГО состава поверхностного слоя ФРЕЗЕРОВАНИЯ
31 Многофакторная модель шероховатости поверхности после ВСО
32 Исследование микротвердости поверхности
331 Исследование структурно-фазового деталей
332 Пример определения структурно-фазового состава поверхностного слоя по разработанной методике
34 Исследование неоднородности свойств поверхностного слоя вихретоковым методом
35 Исследование технологических остаточных напряжений вихретоковым и рентгеновским методами
36
Выводы
Глава
IV ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НАГРЕВА ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ, СТОЙКОСТИ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА И ТОЧНОСТИ ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ТОРЦЕВОМ ОБРАБОТКИ ФРЕЗЕРОВАНИИ
41 Исследование тепловой модели
411 Анализ экспериментально-аналитической тепловой модели высокоскоростного резания
412 Исследование температуры нагрева поверхностного слоя заготовки
42 Исследование стойкости режущего инструмента
421 Выбор оптимального критерия стойкости и средств измерения, разработка схемы измерения и плана проведения эксперимента
22 Проведение эксперимента и оценка результатов
43 Исследование точности обработки при высокоскоростном торцевом фрезеровании
431 Определение значимых факторов, влияющих на точность обработки при высокоскоростном торцевом фрезеровании
432 Экспериментальное исследование точности обработки
44
Выводы
Глава
V 0ПТИМИЗАЦР1Я ФРЕЗЕРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО СТАЛИ С УЧЁТОМ ТОРЦЕВОГО ЗАКАЛЕННОЙ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛИ
51 Задачи, особенности и физические предпосылки назначения режимов обработки резанием
52 Технологические ограничения для процесса высокоскоростного торцевого фрезерования закалённых сталей
53 Практическая реализация чистового высокоскоростного торцевого фрезерования на производстве
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Введение:
При современном уровне развития машиностроения всё большее внимание уделяется высокоскоростной качеству лезвийной и себестоимости обработки продукции. Появление позволило повысить производительность резания в несколько раз. Однако для дальнейшего совершенствования процесса необходимо уделять особое внимание требованиям к качеству выпускаемой продукции. Ведущую роль при этом играет обеспечение заданного качества поверхностного слоя. С совершенствованием станкостроения и появлением новых инструментальных материалов увеличивалась скорость резания. В настоящее время с успехом применяется новый вид механической обработки высокоскоростная лезвийная обработка (ВСО). Для неё созданы специальные высокоскоростные станки, оснастка и инструмент. Обработка с высокими скоростями является принципиально новой технологией, для которой характерны свои особенности, такие как низкая сила резания, высокие температуры и т.д. Применение высокоскоростной обработки в ряде случаях позволяет отказаться от использования финишных операций: шлифования, шабрения. Широкое применение ВСО нашла в производстве штампов и прессформ. Однако процессы, происходящие при ВСО, ещё не достаточно изучены. Поэтому нахождение производительных и эффективных методов обеспечения качества поверхностного слоя детали при высокоскоростном чистовом торцевом фрезеровании закаленных сталей, позволяющих получить изделия с заданными свойствами поверхностного слоя, является актуальной задачей для механообрабатывающего производства С развитием техники всё более широкое применение находят материалы, которые трудно обрабатывать по существующим технологиям. Например, закаленные стали высокой твердости обрабатываются шлифованием, что приводит к получению поверхностного слоя с растягивающими остаточными напряжениями и прижогами или на дорогостоящих и сложных в эксплуатации электроэрозионных станках. Таким образом, существуют различные методы высокоэффективной механообработки, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Для обработки деталей штампов и пресс-форм из закаленной стали предпочтительней высокоскоростная лезвийная обработка, так как она обеспечивает формообразование поверхностного слоя деталей с оптимальными величинами остаточных напряжений, шероховатости, микротвердости, структурно-фазового состава и неоднородности свойств и не требует дополнительных оснастки и оборудования. Исследованию обеспечения качества поверхностного слоя при высокоскоростной обработке посвящены исследования многих отечественных и зарубежных авторов, таких, как Томас Скопесек, Юрий Свобода и Петр Хофманн и др [9, 10, 18]. Качество поверхностного слоя, а также его управление описано исследователями: А. М, Сулима, В. А. Шуловым, А. Ю. Албагичевым, В. А. Моисеевым [28, 31, 32]. Однако получить поверхность с заданными параметрами поверхностного слоя затруднительно, так как отсутствуют методы обеспечения его качества. Имеются методики для расчета отдельных параметров, таких как шероховатость, остаточные напряжения, микротвердость. Однако практически все они выведены для традиционных методов лезвийной обработки и не учитывают весь комплекс свойств, характеризующими лезвийная состояние поверхности сталей детали. с Высокоскоростная особенностей обработка закаленных учетом формообразования в условиях локального термопластического сдвига требует создания собственного технически обоснованного способа обеспечеия качества поверхностного слоя с заданными величинами остаточных напряжений, шероховатости, микротвердости, структурно-фазового состава и неоднородности свойств. При изготовлении деталей штампов и пресс-форм необходимо получения очень высокого качества их рабочих поверхностей. В настоящее время на финишных операциях изготовления подобных изделий широко применяется абразивная обработка, которая позволяет ползить высокую чистоту поверхности, однако приводит к появлению прижогов и поверхностных растягивающих технологических остаточных напряжений, что неблагоприятно сказывается на стойкости продукции. К тому же абразивная обработка существенно удорожает и и увеличивает длину производственного цикла. При ВСО достигается поверхность высокой чистоты с благоприятной картиной распределения технологических остаточных напряжений. Также внедрение ВСО способствует значительному сокращению себестоимости продукции и машинного времени. Однако при ВСО закаленных сталей с неправильно подобранными режимами имеют место такие недостатки поверхностного слоя деталей, как изменение структуры, появление микротрещин, растягивающие технологические остаточные напряжения, высокая шероховатость, изменение микротвердости [75, 90, 27]. Цель работы. Обеспечение качества поверхностного слоя деталей (оптимальных величин остаточных напряжений, шероховатости, микротвердости, структурно-фазового состава и неоднородности свойств) при высокоскоростном торцевом фрезерования закаленных сталей для повышения производительности и качества получаемых изделий. Научная новизна работы заключается в следующем: разработана модель образования технологических остаточных напряжений в поверхностном слое детали на основе диаграммы напряжениедеформации, позволяющая находить величину остаточных напряжений от режимов резания и свойств обрабатываемого материала; разработаны методика экспериментального исследования остаточных напряжений, щероховатости, микротвердости, структурно-фазового состава и неоднородности свойств поверхностного слоя после ВСО при чистовой обработке закаленных штамповых сталей; эмпирические модели шероховатости и микротвердости, необходимые для определения факторов, влияющих на качество поверхностного слоя деталей; получена экспериментально-аналитическая теплофизическая модель процессов высокоскоростного торцевого фрезерования, которая позволяет рассчитать температуру на поверхности детали в зависимости от режимов резания и используется при определении оптимальных режимов ВСО, для которой разработан ряд технологических ограничений по остаточным напряжениям в поверхностном слое, шероховатости поверхности детали, наклёпу, по структурно-фазовому составу поверхностного слоя (температуре нагрева), стойкости инструмента, достигаемой точности обработки, паспортным данным станка. Практическая ценность и реалнзацня результатов работы. На основании теоретических и экспериментальных исследований обоснована возможность получения поверхностного слоя детали с заданными величинами остаточных напряжений, шероховатости, микротвердости, структурно-фазового состава и неоднородности свойств. Разработаны рекомендации по промышленному использованию обеспечения качества поверхностного слоя деталей при чистовом высокоскоростном торцевом фрезеровании закаленной стали на машиностроительных предприятиях для производства штампов и пресс-форм. Полученные результаты внедрены на ОАО «ОСАННА» (сварные конструкции) и ЗАО НПК «Энергия» (роторы, корпуса, основания датчиков). Для изучения картины распределения технологических остаточных напряжения в поверхностном слое заготовки была разработана собственная математическая модель. Данная модель была проверена экспериментальными исследованиями, и установлена её адекватность. Предложена оригинальная методика для определения структурно фазового состава поверхностного слоя с использованием компьютерной программы Adobe Photoshop 7.0, позволяющая подсчитывать процентное соотношение фаз. Методика исключает необходимость применения дорогостоящего программного обеспечения и позволяет с высокой степенью достоверности оценивать структурно-фазовый состав. С её помощью возможно проводить расчёт остаточных напряжений, возникающих от действия структурно-фазовых превращений. Исследованы свойства поверхностного слоя деталей при высокоскоростном торцевом фрезеровании закаленных сталей и определены факторы, влияющие на остаточные напряжения, щероховатость, микротвердость, структуру и неоднородность структуры поверхностного слоя детали. Экспериментальными модель исследованиями проверена и выбранная её теоретическая шероховатости поверхности установлена адекватность реальному процессу ВСО. Для проверке модели образования остаточных напряжений проведены экспериментальные исследования на дифрактометре «Дрон-3.0» и сканирующем вихретоковом преобразователе, которые подтверждают адекватность разработанной модели. Для изучения тепловых процессов была разработана экспериментальноаналитическая теплофизическая модель процессов высокоскоростного фрезерования, которая позволяет рассчитать температуру на поверхности детали в зависимости от режимов резания. Данная модель позволяет находить остаточные напряжения от действия температурного фактора и получить технологическое ограничение процесса ВСО по достигаемому структурнофазовому составу поверхностного слоя. Для формирования технологических ограничений, накладываемых на процесс резания, проведено экспериментальное исследование стойкости инструмента и точности обработки. Получены эмпирическая зависимость точности обработки от режимов резания и обрабатываемого материала, а также технологический критерий стойкости режущего инструмента. Для рещения оптимизационной задачи была создана математическая модель, и разработаны технологические ограничения по остаточным напряжениям в поверхностном слое, щероховатости поверхности детали, наклёпу, по структурно-фазовому составу поверхностного слоя (температуре нагрева), стойкости инструмента, достигаемой точности обработки.паспортным данным станка и др. Оптимизационная задача определения режимов ВСО решалась на ЭВМ. ВСО сравнивалось по экономическим показателям с традиционными методами механической обработки. Анализ полученных результатов показал, что ВСО имеет значительные преимущества по себестоимости и трудоёмкости обработки. Работа выполнена на кафедре ТЭМ ТИ СГТУ. Экспериментальная часть работы выполнена в станочной лаборатории кафедры ТЭМ, лаборатории кафедры «Общая и неорганическая химия» СГУ, в производственном цехе 000 «ОСАННА», на ОАО «Саратовский подшипниковый завод». Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались и на конференциях: Международной научно-технической конференции «Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2002), Всероссийской научно-технической аспекты управления конференции «Теплофизические и технологические качеством в машиностроении» (Тольятти, 2002), Всероссийской научно- технической конференции «Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2005), Международной научно-технической конференции «Автоматизация технологических процессов и производственный контроль» (Тольятти, 2006), Всероссийской научно-технической Интернет-конференции «Высокие технологии в машиностроении» (Самара, 2006). Материалы диссертации обсуждались на кафедре «Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки» ТИ СГТУ в 2006 г. Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе одна работа в издании, входящим в перечень ВАК, пять в сборниках конференций. Внедреиия. Результаты исследований внедрены на 2 предприятия, полученный материал передан на 1 предприятие. 10 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения и списка литературы. Работа содержит 137 страниц машинописного текста, включая 11 таблиц и 57 рисунков. На защиту выносятся: 1. Модель формирования остаточных напряжений от действия силового, температурного факторов и структурно-фазовых превращений в поверхностном слое при ВСО закаленных штамповых сталей. 2. Оригинальная методика оценки структурно-фазового состава поверхностного слоя с применением средств автоматизации. 3. Экспериментально-аналитическая модель расчёта температурных полей в поверхности детали. 4. Модель оптимизации процесса ВСО закаленных сталей с учетом особенностей формообразования в условиях локального термопластического сдвига, 5. Результаты промышленного использования материалов исследований по обеспечению качества поверхностного слоя деталей с заданными свойствами при чистовом высокоскоростном торцевом фрезеровании закаленной стали на машиностроительных предприятиях для производства штампов и пресс-форм. 11
