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
ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Паршин Юрій Іванович
УДК 621.9.011 - 194
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ МЕХАНІЧНОЇ
ОБРОБКИ ВИРОБІВ ІЗ СТАЛЕЙ ТИПУ 38ХН3МФА
З ПІДВИЩЕНИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
МІЦНОСТІ
Спеціальність 05.03.01. - Процеси механічної
обробки, верстати та інструменти
автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Донецьк 2000
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана на кафедрі технологіі машинобудування Національної металургійної академії України Міністерства освіти і науки України.
|
Науковий керівник: |
доктор технічних наук, професор Проволоцький Олександр Євдокимович, Національна металургійна академія України, професор кафедри технології машинобудування |
|
Офіційні опоненти: |
доктор технічних наук, професор Матюха Петро Григорович, Донецький державний технічний університет, завідувач кафедри металорізальних верстатів та інструментів
кандидат технічних наук, доцент Крепак Олександр Сергійович, Приазовський державний технічний університет, доцент кафедри металорізальних верстатів та інструментів |
|
Провідна установа: |
Харківський державний політехнічний університет, кафедра Різання матеріалів та ріжучі інструменти Міністерства освіти і науки України, м.Харків |
Захист дисертації відбудеться 22.06.2000 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 11.052.04 у Донецькому державному технічному університеті за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, ДонДТУ, 6-й навчальний корпус, ауд.6202
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького державного технічного університету: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, ДонДТУ, 2-й навчальний корпус
Автореферат розісланий 19.05. 2000 р.
19.05.
|
Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доц. |
Т. Г. Івченко |
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Сучасне машинобудування потребує підвищення експлуатаційної якості базових деталей машин та механізмів за рахунок змінення механічних властивостей конструкційних матеріалів. 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.
З підвищенням механічних властивостей за рахунок заданого комплексу заходів знижується ефективність механічної обробки, зокрема при точінні, свердленні, розсвердленні та ін. Матеріали з високими експлуатаційними властивостями характеризуються низькою оброблюваністю різанням, а процес механообробки супроводжується високою інтенсивністю зносу ріжучих інструментів.
Проведений аналіз призначення режимів механообробки показав, що при їх виборі враховуються тільки фізико-механічні властивості (в) оброблюваного матеріалу, а також стан поверхні заготівки, що у ряді випадків є недостатнім.
Тому, підвищення ефективності процесів механообробки легованих сталей з підвищеними характеристиками міцності на основі науково-обгрунтованої методики визначення оптимальних параметрів різання з врахуванням особливостей оброблюваності різанням, структурного стану металу та його методу отримання є актуальним завданням.
Звязок роботи з науковими планами, темами. Робота виконана відповідно до планів НДР та ОКР Національної металургійної академії України за договорами з ДНТЦ АСО (№№ держ. реєстрації 0195V008014; 0195V008012; 0195V008011 та АТ Дніпроважмаш (№ держ. реєстрації 0198V009020), які входять у державну програму України з розробки та засвоєння виробів відповідального призначення.
Метою роботи є підвищення ефективності процесів механообробки деталей відповідального призначення на основі визначення оптимальних умов обробки легованих сталей з підвищеними характеристиками міцності.
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.
2.Визначити технічні обмеження, котрі накладаються на режими обробки великогабаритних виробів точністю обробки, жорсткістю системи ВПІД (верстат - прилад - інструмент - деталь).
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.
4.Розробити картки оброблюваності деталей з хромонікелемолібденових сталей, модель пошуку та схему прийняття рішень при розробці процесу механообробки деталей відповідального призначення.
5.Впровадити у виробництво рекомендації з визначення режимів при розробці процесів механообробки хромонікелемолібденових сталей з підвищеними характеристиками міцності.
Методика досліджень. Теоретичні та експериментальні дослідження виконано на основі фундаментальних положень теорії різання металів, технології машинобудування, включаючи також питання формоутворювання заготівок, теорії математичного планування експериментів, методів оптимізації, методів статистичної обробки даних та методів математичного моделювання на ПЕОМ.
Експериментальні дослідження виконано у лабораторних та виробничих умовах акціонерного товариства Новокраматорський машинобудівний завод.
Виконано математичне моделювання процесів механообробки з використанням сучасних пакетів прикладних програм.
Достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій, сформульованих у дисертації підтверджується відтворюванням досліджень, адекватністю отриманих математичних моделей процесів механообробки легованих сталей, а також дослідно-промисловою перевіркою отриманих результатів.
Наукова новизна роботи полягає у тому, що на базі висунутого наукового положення, згідно з котрим швидкість різання залежить від комплексу механічних властивостей заготівки (межі міцності, ударної вязкості, відносного звуження та твердості), визначені оптимальні режими механічної обробки великогабаритних виробів із сталей типу 38ХН3МФА.
При цьому:
- уточнені залежності, які дозволяють визначити швидкість різання від елементів режиму різання та комплексу фізико-механічних властивостей, методу отримання початкової заготівки, виду термічної обробки;
- виявлені закономірності впливу режимів різання на показники якості оброблюваних поверхонь деталей відповідального призначення із сталей типу 38ХН3МФА з підвищеними характеристиками міцності та точності процесу механообробки;
- розроблено методику оптимізації процесу механообробки великогабаритних виробів із хромонікелемолібденових сталей;
- запропоновано порівняльні показники оброблюваності по зносу та тривалості різання до заданого критерія затуплення ріжучих інструментів при механообробці важкооброблюваних матеріалів.
Запропонований комплекс технічних рішень дозволив виявити можливість підвищення продуктивності процесу механообробки без утрати точності системи ВПІД, таким чином побудована основа для автоматичного керування процесами різання важкооброблюваних матеріалів.
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.
Практична цінність. Результати досліджень дозволили:
- дати науково-обгрунтовані рекомендації щодо призначення режимів різання при обробці великогабаритних виробів із сталей типу 38ХН3МФА з підвищеними характеристиками міцності;
- розробити картки оброблюваності та методику прийняття рішень при засвоєнні процесів механообробки з важкооброблюваних матеріалів;
- запропонувати нові конструкції ріжучих інструментів: свердлильної головки для свердлення глибоких отворів та токарного прохідного різця із змінною геометрією для чистових та напівчистових операцій.
Впровадження. У промисловість впроваджено: технологічні рекомендації щодо призначення режимів механообробки та визначення оптимальних марок інструментальних матеріалів при обробці сталей типу 38ХН3МФА; інструментальне забезпечення для токарних операцій.
Результати роботи використані в акціонерному товаристві Новокраматорський машинобудівний завод, АТ Дніпроважмаш та рекомендовані до включення в навчальну програму підготовки інженерів.
Економічний ефект від впровадження указаних розробок складає 12 480 грн.
Особистий вклад здобувача полягає у проведені експериментальних та теоретичних досліджень, розробки методик, математичних моделей, програм для моделювання процесів механообробки на ПЕОМ, впровадження результатів роботи у промисловість.
Апробація результатів. Основні положення та результати роботи доповідались, обговорювались та були схвалені на ряді науково-технічних конференцій і семінарів, у тому числі: на 6-й міжнародній науково-технічній конференціі Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем (м.Краматорськ, жовтень 1995 р.); науково-технічній конференціі Проблемы техники, технологии и экономики машиностроительного производства (м.Краматорськ, травень 1996 р.); науково-технічній конференціі Ресурсо- и энергосберегающие технологии в промышленности (м.Одеса, 4-6 вересня 1996 р.); науково-технічній конференціі Современные проблемы машиностроения и технический прогресс (м.Севастополь, 10-13 вересня 1996 р.); міжнародній науково-технічній конференціі до 100-річчя механіко-машинобудівного та 50-річчю зварювального факультетів НТУУТ, 25-28 травня 1998 р. Прогресивна техніка і технологія машинобудування, приладобудування і зварювального виробництва (м.Київ, НТУУТ, 25-28 травня 1998 р.), на міжнародній науково-технічній конференціі Машиностроение и техносфера на ребеже XXI века (м.Севастополь, 13 - 18 вересня 1999 р.); на науково-технічних семінарах ДДМА та НМетАУ.
Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 13 машинописних роботах, включаючи 6 статей у фахових виданнях ВАК, 2 заявки на винахід.
Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, пяти розділів, загальних висновків, списку використаної літератури та додатків. Робота викладена на 269 сторінках машинописного тексту, містить 120 рисунків, 24 таблиць, список літератури з 146 найменувань, 11 додатків.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
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.
Перший розділ присвячений аналізу існуючих параметрів оцінки оброблюваності матеріалів та методів оптимізації процесів механообробки сталей з високими характеристиками міцності.
Отримати матеріал з заданими високими характеристиками міцності можна двома шляхами - створенням нового матеріалу та удосконаленням способу отримання заготівки та її термообробки. Другий шлях відрізняється мобільністю та може бути реалізований у більш короткий термін. Разом з тим, підвищення властивостей міцності матеріалу завжди повязується з погіршенням його оброблюваності та неможливістю використовувати відомі рекомендації у визначенні режимів механообробки, тому що ми маємо справу практично з новим матеріалом.
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.
Оптимальні умови обробки вирішено визначати за критерієм мінімальної собівартості з використанням технічних обмежень, котрі накладуються на режими різання та визначаються експериментальним шляхом, а також за допомогою моделювання процесів на ПЕОМ.
У звязку з цим, у роботі поставлені мета та завдання, приведені раніше.
У другому розділі викладено методики експериментальних досліджень та моделювання процесів на ПЕОМ. Експерименти було проведено у виробничих умовах на токарному верстаті 1А680. У якості зразків використовувались реальні заготівки (діаметр 320 мм, довжина 8000 мм) із сталі 38ХН3МФА, котрі отримані різними методами: прямого електрошлакового переплаву та подвійного переплаву з мікролегуванням ніобієм та бором.
У результаті запропонованої технології отримання заготівки, у розробці якої брав участь і автор, було досягнено межу міцності в = 1550 МПа, із збереженням високих показників ударної вязкості та відносного звуження, внаслідок чого сталь перейшла у групу високоміцних та важкооброблюваних. 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.
У звязку з цим дослідження впливу режимів обробки та фізико-механічних властивостей, обумовлених різними засобами отримання заготівки та термообробки виконувалися експериментально, а визначення технологічних обмежень за точністю обробки - моделюванням на ПЕОМ. Алгоритм визначення оптимальних режимів різання сталі 38ХН3МФА подано на рисунку 1.
Обробку проводили стандартними прохідними різцями з матеріалом ріжучої частини із двокарбідних твердих сплавів - Т15К6 та Т5К10, з геометричними параметрами: =10; =12; =45; 1=15; =0; r=0,3 мм та групи однокарбідних твердих сплавів ВК6ОМ та ВК10ХОМ з такими геометричними параметрами: =8; =15; =45; 1=15; =0; r=0,3 мм. Точіння проводили без охолоджування з глибиною t = 1,5 мм та подачою S = 0,36 мм/об. За критерій затуплення різців прийнято їх знос по задній поверхні hз = 1,2 мм. Параметри шорсткості Ra виміряли приладом профілографом-профілометром TAYLOR-HOBSON/Surtronic-3. Для обробки глибоких отворів були використані базові та запропоновані конструкції свердлильних головок. Контроль параметрів шорсткості глибоких отворів виконано прибором профілографом-профілометром мод. 500, співосність отворів виміряли прибором UFD - 310.
ce
cf
c2
ce
ec
ee
f5-