Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
8
ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
МАКАРОВ СЕРГІЙ МИКОЛАЙОВИЧ
УДК 621.941.1
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ МЕХАНІЧНОЇ ОБРОБКИ
ДЕТАЛЕЙ З ВИКОРИСТАННЯМ ПОЛІМЕРВМІСНИХ МОТЗ
Спеціальність 05.02.08 - технологія машинобудування
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Одеса - 2008 р.
Дисертацією є рукописом.
Робота виконана на кафедрі технології машинобудування Херсонського національного технічного університета Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, професор,
Сошко Олександр Іванович
Херсонський національний технічний університет,
завідувач кафедри технології машинобудування
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор
Ларшин Василь Петрович,
Одеський національний політехнічний університет,
професор кафедри технології машинобудування,
кандидат технічних наук,
Рижов Юрій Едуардович,
Інститут надтвердих матеріалів імені В.М. Бакуля
НАН України, старший науковий співробітник.
Захист відбудеться “27“ червня 2008 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.052.02 при Одеському національному політехнічному університеті за адресою: 65044, м. Одеса, просп. Шевченка, 1
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеського національного політехнічного університету за адресою: 65044, м. Одеса, просп. Шевченка, 1
Автореферат розісланий “27“ травня 2008 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Г.О. Оборський
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Характерною світовою й вітчизняною тенденцією нашого часу є неухильне подорожчання продовольчих і енергетичних ресурсів. У цьому зв'язку розвиток прогресивних технологій виготовлення продукції сільськогосподарського машинобудування безсумнівно ставиться до стратегічного напрямку розвитку АПК України. Застосування мастильно-охолоджуючих технологічних засобів (МОТЗ) у технології виготовлення відповідальних деталей сільскогосподарських машин є одним із способів покращення якості їхньої обробки тобто якості поверхні та поверхневого шару деталей, а також точності обробки.
З багаточисельних результатів досліджень по даній проблемі слід відмітити напрямок по використанню у якості ефективних присадок до МОТЗ високомолекулярних сполук завдяки їх глибокого та багатобічного впливу на фізико-хімічні і механічні процеси і явища, що відбуваються в зоні різання.
Досвід впровадження таких МОТЗ показав, що вони значно покращують кількісні значення оброблювання сталей. Оскільки оброблюваність сталей обумовлюється критеріями інтенсивності зносу інструменту, який залежить від параметрів механічної обробки, значень сили різання і температури, а також набуттям при обробці якості поверхневого шару металу, тому ефективність МОТЗ оцінювалася шляхом порівняння цих параметрів, визначених при різних видах механічної обробки в МОТЗ з добавками полімеру і без нього.
Слід відмітити, що науковий підхід до створення високоефективних МОТЗ можливий при умові вивчення фізико-хімічних особливостей та закономірностей взаємодії елементів системи «МОТЗ-оброблюваний матеріал-інструмент». На даний час значну ефективність дії МОТЗ на основі полімеру пояснюють піролітичним перетворенням високомолекулярної добавки до МОТЗ, що в кінцевому етапі приводить до утворення водню і вуглецю в атомарній, або іншій активній формі. Виходячи із цього була висунута гіпотеза про перманентну карбонізацію ріжучої крайки інструменту та наводнюванню матеріалу заготівки. При вирішенні цієї проблеми на користь висунутої гіпотези були отримані деякі експериментальні результати, але вони, безумовно, потребують подальшої проробки та апробації. Пізнання законів такого виключно складного по своїй багатоплановості та екстремальності умов протікання процесу при неперервному поливі рідиною з декількома десятками розчинених і емульгованих у неї компонентів, надзвичайно утруднено експериментально.
Мабуть, тому до цього часу нема експериментального доказу про наявність водню в зоні різання та його можливий вплив на механічні властивості пластично деформованого металу перед лезом інструменту. Тому подальше вивчення фізико-хімічних процесів і явищ у зоні різання, створення високоефективних середовищ для вирішення питань підвищення продуктивності, покращення якості обробки та зменшення його трудомісткості, а також їх практична реалізація є актуальними і перспективними . В цій частині при виконанні дисертаційної роботи було виділено і розглянуто ряд задач, рішення яких дає можливість продвинутися в даному питанні. Серед них найбільш важливі є –виявлення детального складу газоподібних продуктів перетворення полімерної присадки до МОТЗ в зоні різання, кількісна оцінка трибологічної активності цих газів та вплив складової суміші хімічних елементів на параметри і характеристики механічної обробки сталей.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні етапи дисертації виконані відповідно до планів науково-дослідних робіт кафедри машинобудування Херсонського Національного технічного університету Міністерства освіти і науки України, № ДР01051007230 на тему «Підвищення ефективності механічної обробки деталей із застосуванням полімервмісних мастильно-охолоджуючих технологічних засобів», а також за темою: «Фізико-хімічні основи прискорення легування твердого тіла під час його пластичної деформації», утвердженого рішенням експертної ради при НАН України № 2 від 25.12.2006. Дисертаційна робота також пов’язана з виконанням Постанови Кабінету Міністрів України від 17.05.96 р. № 538 «Про прискорення створення й організації виробництва вітчизняного зернозбирального комбайну».
Мета і завдання дослідження. Метою роботи є підвищення продуктивності й якості механічної обробки деталей та покращення їх експлуатаційних властивостей, шляхом застосування в складі МОТЗ спеціальної додаткової компоненти на основі високомолекулярної сполуки певного фізико-хімічного складу й концентрації.
Для досягнення вказаної мети необхідно вирішити наступні задачі:
- розробити методику дослідження, для вивчення впливу рідких та газових середовищ на параметри процесу різання (з урахуванням взаємодії з металом елементів деструктуємої полімерної присадки до МОТЗ під час різання);
- установити фізико-хімічні принципи вибору складових полімерної присадки до МОТЗ, закономірності впливу складу полімерної МОТЗ на технологічні та енергосилові параметри процесу різання в залежності від його хімічного складу й деяких механічних властивостей;
- виявити закономірності впливу складу МОТЗ на технологічну спадкоємність поверхневого шару металу, що формує експлуатаційні характеристики деталей;
- запропонувати схему механізму різання сталей у присутності МОТЗ із полімерною добавкою;
- розробити рекомендації до створення нормативно-технологічної документації з механічної обробки деталей, впровадити результати дисертаційної роботи й провести промислове їх випробування.
Об’єкт дослідження – технологічні операції механічної обробки деталей сільськогосподарського машинобудування із застосуванням полимервмісних МОТЗ.
Предмет дослідження – вплив полімерної присадки до МОТЗ на продуктивність й якість механічної обробки деталей.
Методи дослідження. Теоретичні дослідження здійснювалися на базі наукових основ технології машинобудування і, зокрема, технології різання матеріалів, а також теорій механохімічних та плазмохімічних процесів при різанні. Експериментальні дослідження впливу МОТЗ на оброблюваність сталей різанням проводили за допомогою математично-статистичного метода багатофакторного експерименту, а також з використанням профілографії, мікроструктурного та рентгеноструктурного аналізів, ОЖЕ-спектроскопії обробленого матеріалу і рентгенофазового аналізу леза інструменту. Кінетику піролітичної деструкції полімерної компоненти МОТЗ визначали під час різання з використанням газової хроматографії. Дифузію водню в метал, що деформується лезом інструмента, вивчали за допомогою мас-спектрометра (за методикою температурно-програмного нагріву зразку). Для оцінки впливу газових середовищ (утворюються в зоні механічної обробки при розкладі полімерної МОТЗ) на параметри різання виготовлена спеціальна гермокамера, конструкція якої дозволяє компонувати її з металообробним верстатом.
Наукова новизна одержаних результатів.
1. Теоретично й експериментально доведено вплив полімервмісних МОТЗ на збільшення зносостійкості різального інструменту і, як наслідок, на збільшення продуктивності й точності обробки деталей. Встановлені залежності зносостійкості інструменту, енергосилових характеристик та параметрів технологічної спадкоємності обробленої поверхні деталей сільгоспмашинобудування, від технологічних параметрів різання - швидкості різання, подачі й глибини різання.
. Доведено, що під дією температури в зоні різання відбувається деструкція полімерного компоненту МОТЗ. Якщо в якості добавки до МОТЗ використовувати полівінілхлорид (ПВХ), деполімеризація полімеру йде з утворенням суміші високоактивних газоподібних продуктів - насичених і перенасичених вуглеводів, водню та пірополімерного залишку. Суміш хімічно активних елементів може вступати у слідуючи вторинні процеси і явища: при взаємодії водню і хлору створюється з’єднання HCl, яке адсорбується на ювенільній поверхні сталі з утворенням неорганічної солі FeCl2 , а при її окисленні –FeCl3. Під дією температури в зоні різання ці солі плавляться з утворенням на поверхнях тертя плівки з малим опором зсуву, що зменшує коефіцієнт тертя.
. Встановлено, що після адсорбції, відбувається активна дифузія водню в метал, в зону максимальної концентрації механічних напруг. При цьому можливі наступні процеси і явища:
4. Досліджені в роботі процеси і явища, що виникають у зоні різання при обробці деталей в полімерному МОТЗ дали підставу розглядати цю механічну обробку, як механохімічну, яка відтворюється в результаті спрямованої дії активних хімічних елементів МОТЗ.
Практичне значення одержаних результатів полягає у визначені умов та режимів механічної обробки деталей сільгоспмашинобудування в полімерних МОТЗ. Показано, що добавка до МОТЗ полімеру певної фізично-хімічної властивості й концентрації може збільшити зносостійкість інструменту при зменшенні енергетичних витрат до 30% і покращення показників якості обробленої поверхні. Розроблені рекомендації щодо корекції технологічних параметрів механічної обробки сталевих деталей з урахуванням дії полімерної МОТЗ. По тематиці дисертаційної роботи отримано два патенти України.
Результати наукових досліджень передані департаменту тракторного і сільськогосподарського машинобудування Міністерства промислової політики України для використання в організаційно-технологічній підготовці виробництва на підприємствах сільгоспмашинобудування.
Особистий внесок здобувача полягає в постановці і обґрунтуванні актуальності і доцільності роботи, практичному аналізі наукової та патентної інформації, що дозволило сформулювати мету роботи і завдання, які потрібно вирішити для її досягнення; в створенні гермокамери та розробці методики дослідження процесу різання у вакуумі та газових середовищах Під керівництвом та при безпосередній участі автора досліджена зносостійкість різального інструменту в залежності від хімскладу сталі, її механічних властивостей, при різних значеннях швидкості, подачі та глибини різання в умовах дії полімерної МОТЗ; визначені умови і режими механічної обробки деталей в полімерних МОТЗ та розроблені рекомендації щодо розрахунку технологічних характеристик обробки сталей.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях та семінарах: «Нові технології, методи обробки та зміцнення деталей енергетичних установок» (м. Алушта, 2004 р.); «Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки й технологій для сільського господарства України» (2004-2005 р.); «Машинобудування й техносфера 21століття» (м. Севастополь, 2005 р.); сьомої та дев’ятої міжнародної практичної конференції-виставки «Технологія ремонту, відновлення й зміцнення деталей машин, механізмів, обладнання, інструменту й технологічної оснастки» (м. С.Петербург, 2005 р, 2007 р.); «Техніко-технологічні аспекти розвитку випробувань нової техніки та технології для сільського господарства України” (Київ, 2004 р.); «Обмін досвідом: технологія машинобудування» (м. Харків, 2005 р); розширених засіданнях кафедри «Технологія машинобудування» ХНТУ (м. Херсон, 2005, 2006р.) та науково-технічному семінарі ВАТ «Херсонські комбайни». (м. Херсон, 2004 р.), а також на науково-теоретичному семінарі в ІНМ ім. В.М. Бакуля НАНУ (2007 р.).
Публікації за темою дисертації. За результатами дослідження опубліковано 11 наукових робіт у провідних фахових виданнях і два патенти України.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, шести розділів, загальних висновків, додатків. Повний обсяг дисертаційної роботи складає 133 сторінки, з них 9 таблиць за текстом, 37 рисунків на 24 сторінках, 3 рисунків за текстом, додатки на 59 сторінках, список використаних літературних джерел з 188 найменувань на 13 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вступ містить обґрунтування актуальності роботи, формулювання мети і завдань дослідження, розкрито сутність і стан наукової проблеми та її значення, сформульовано ряд основних положень, що виносяться на захист, представлене практичне значення отриманих результатів.
У першому розділі проведено аналіз сучасного стану наукових досліджень про вплив МОТЗ на процес різання при механічної обробці деталей машин. Проведено аналіз літератури по впливу МОТЗ на вибір швидкості й режимів різання при механічній обробці різанням. Установлено можливість збільшення швидкості різання при наявності МОТЗ. Висловлено гіпотезу про те, що позитивний вплив МОТЗ проявляється через збільшення розмірної стійкості інструмента, що входить як окремий параметр у математичну модель процесу. Проведено аналіз досліджень відомих наукових шкіл (Петров М.П., Резніков А.М., Фукс Г.І., Латишев В.Н., Наумов А.Г., Подгорков В.В., Мельников В.Г., Худобін Л.В., Ентеліс С.Г., Берлінер В.М. Чеповецький І.Х., Клименко С.А., Сошко О.І., Рижов Ю.Е. Шаповал Б.С., Стулий А.А.). Показано, що кількості теплоти, що виділяється в зоні різання, достатньо для проходження термодеструкції полімерної компоненти МОТЗ із виділенням газової суміші. Перші експериментальні дані, що отримані при вивченні цієї проблеми, свідчать про те, що деякі гази, що виділяються при піролізі полімерної присадки до МОТЗ (емульсії поліетилену або поліхлорвінілу) демонструють трибологічну активність, яка проявляється в зменшені крутного моменту при точінні сталі в атмосфері відповідного газу. Показано також, що ланцюг піролітичних перетворень закінчується утворенням водню й вуглецю в активній формі. У свою чергу водень створює гідриди (з металами групи IVB, VB, VIB) та істині розчини (з хромом, залізом, нікелем, молібденом та ін.). Зроблено припущення, що саме водень і відповідає за ефекти, які спостерігаються при використанні полімерної МОТЗ. Разом із тим, до цього часу нема підтверджуючих експериментальних даних, які б свідчили про головну роль водню в прояві високої ефективності полімерної МОТЗ. Показано, що в зоні різання одночасно проходять слідуючи явища: з одного боку, безперервно оновлюється оброблювальна поверхня з утворенням ювенільної, мозаїчної поверхні заліза з легованими, хімічно активними до водню елементами (хрому, нікелю, вуглецю та іншими) з одночасною емісією електронів і виділенням тепла, а з другого –створюються хімічно активні елементи в результаті термодеструкції полімерної складової МОТЗ, які взаємодіють з цією поверхнею. Наведений аналіз досліджень дає підставу прогнозувати, що питання впливу полімерної МОТЗ на процес різання з часом може стати складовою відомого поважного наукового напряму який вивчає проблеми водневої крихкості металу.
Приведений аналітичний огляд наукових праць свідчить про перспективність МОТЗ на основі полімерів і дозволив сформулювати мету, і задачі досліджень.
У другому розділі на основі аналізу відомої математичної моделі процесу різання отримана загальна формула для визначення швидкості різання з урахуванням фактора МОТЗ
, (1)
де –збільшена швидкість різання, яка забезпечує необхідну (зменшену до базового рівня) стійкість ріжучого інструменту, м/хв; ,,,, –коефіцієнти; , –глибина різання (мм) і подача (мм/об); –коефіцієнт технологічної ефективності МОТЗ, який ураховує її вплив на режими різання, . Причому
, (2)
де , – новий (із застосуванням нового МОТЗ) і базовий (із застосуванням базового МОТЗ) періоди стійкості різального інструменту.
Надається методика визначення коефіцієнта із порівняння кривих зносу для базового (традиційного) и розробленого (нового) МОТЗ.
Обґрунтовано вибір сталей для дослідження, які використовуються як оброблюваний матеріал при виготовленні типових деталей сільськогосподарського машинобудування. Наведено методи досліджень та прилади. Автором запропонована гіпотеза, за якою стверджується, що при обробці деталей з полімерними МОТЗ у зоні обробки (під дією підвищеної температури) полімерна компонента МОТЗ підлягає деструкції і на кінцевої стадії процесу утворюється газова система, у якій протікають плазмохімічні процеси.
Для експериментального визначення впливу цього явища на характеристики механічної обробки розроблено й виготовлено вакуумну гермокамеру (рис.1), в якій відбувалося точіння та свердління зразків у різних середовищах.
4
5
6
2
7
3