автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности процесса резания сталей перлитного и аустенитного класса путем использования предварительного пластического деформирования

На правах рукописи

КРАЙНЕВ ДМИТРИЙ ВАДИМОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА РЕЗАНИЯ СТАЛЕЙ ПЕРЛИТНОГО И АУСТЕНИТНОГО КЛАССА ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Специальность 05.03.01 Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград 2006

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Волгоградского государственного технического университета.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Полянчиков Юрий Николаевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Плотников Александр Леонтьевич

кандидат технических наук, доцент Ананьин Владимир Витальевич

Ведущее предприятие

'ЕПК", Волжский подшипниковый

завод

Защита состоится «02» марта 2006г. в 10-00 час. на заседании диссертационного совета К 212.028.02 в Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, г. Волгоград, проспект Ленина,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета (400131, г. Волгоград, проспект Ленина, 28).

Отзывы на автореферат, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 400131, г. Волгоград, проспект Ленина, 28, диссертационный совет. Автореферат разослан «01» февраля 2006г.

Ученый секретарь диссертационного совета

28.

кандидат технических наук, доцент

Быков Ю. М.

п п О.

^ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Повышение требований к эксплуатационной стойкости и надежности деталей машин вызывает необходимость появления новых конструкционных материалов, что в свою очередь требует усовершенствования эффективности процессов механической обработки, повышения качества поверхности и точности выпускаемых деталей требуют создания новых и совершенствованию существующих технологических методов. При этом особое внимание придается методам чистовой обработки, которые наряду с высокой производительностью должны обладать технологической простотой и универсальностью.

В данной работе исследуется способ повышения обрабатываемости сталей аустенитного и перлитного классов с путем использования предварительного пластического деформирования при получистовом и чистовом точении. Данный метод позволяет повысить производительность и качество поверхности обработанных деталей при получистовом и чистовом точении сталей перлитного и аустенитного классов. Способ обладает высокой технологичностью, простотой и универсальностью, что делает возможным его эффективное использование в условиях современного производства.

Обеспечивая повышение качества обработанной поверхности, и снижая износ инструмента, метод не требует повышенных энергетических затрат и сложного оборудования.

Поэтому изучение закономерностей и особенностей контактного взаимодействия, их влияния на износ инструмента и формирование микропрофиля обработанной поверхностности при резании с предварительным пластическим деформированием, а также разработка рекомендаций по рациональному выбору режимов обработки является актуальной задачей, имеющей большое значение для машиностроительных производств.

Целью работы является повышение износостойкости режущего инструмента и качества обработанной поверхности сталей перлитного и аустенитного классов путем использования предварительного пластического деформирования обрабатываемой поверхности.

Для решения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Выяснение характера контактного взаимодействия при резании сталей перлитного и аустенитного классов с предварительным пластическим деформированием.

2. Анализ процесса стружкообразования при различных параметрах предварительного пластического деформирования.

3. Исследование особенностей износа инструмента при резании с предварительным пластическим деформированием.

|р°с. НАЦИОНАЛЬНА]» БИБЛИОТЕКА .

4. Исследование формирования микропрофиля обрабатываемой поверхности при резании с предварительным пластическим деформированием.

5. Разработка рекомендаций по использованию рациональных режимов обработки при резании сталей перлитного и аустенитного классов с предварительным пластическим деформированием.

Методы и средства исследований

В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследования теории резания. Экспериментальные исследования проводились по стандартным и оригинальным методикам в лабораторных условиях. Достоверность полученных опытных данных и закономерностей оценивалась с помощью статистической обработки данных с использованием ЭВМ.

Исследования контактных процессов, износа инструмента и оценка шероховатости проводились с использованием микроскопа МИМ-7, микротвердомера ПМТ-3, измерительного микроскопа ТСМ100, профилометра-профилографа мод. 201.

Научная новизна работы:

Обосновано, исследовано и экспериментально подтверждено влияние предварительного пластического деформирования на параметры контактного взаимодействия и основные характеристики процесса резания при получистовой и чистовой обработке сталей перлитного и аустенитного классов.

Установлено влияние предварительного пластического деформирования на износостойкость инструмента и формирование микропрофиля обрабатываемой поверхности при резании сталей перлитного и аустенитного классов с предварительным пластическим деформированием.

Практическая ценность н реализация результатов работы:

Предложен метод повышения обрабатываемости сталей перлитного и аустенитного классов при получистовом и чистовом точении, позволяющий повысить стойкость инструмента и качество обработанной поверхности.

Разработаны рекомендации по рациональному выбору и использованию режимов обработки при резании сталей перлитного и аустенитного классов с предварительным пластическим деформированием.

Результаты работы подтверждены проведенными промышленными испытаниями метода на ОАО "Автодизельсервис". Имеется акт внедрения.

Апробация работы:

Работа докладывалась на научном семинаре кафедры "Технология машиностроения" (МГТУ им. Баумана), 42-й научной конференции (ВолгГТУ, Волгоград 2005), ежегодных научно-технических конференциях ВолгГТУ -2003,2004,2005 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, списка литературы (123 наименования), содержит 168 страниц машинописного текста, включая 54 рисунка, 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определены цель и задачи исследований, приведены научные положения и результаты, выносимые на защиту.

В первой главе проводится тематический обзор по исследуемой проблеме. Рассматриваются существующие методы повышения обрабатываемости сталей, проводится их анализ, который свидетельствует о том, что резание с предварительным пластическим деформированием является одним из наиболее простых и в то же время перспективных методов повышения обрабатываемости сталей и повышения стойкости инструмента. В то же время не достаточно исследовано влияние вышеописанного способа на процесс механической обработки сталей, не ясны механизмы и физические закономерности процесса, что препятствует дальнейшему развитию и совершенствованию этого способа.

Рассматриваются работы Зорева Н. Н., Боброва В. Ф., Резникова А. Н., Подураева В. Н, Камалова В. С., Старкова В. К., Лоладзе Т. К, Кабалдина Ю. Г., Талантова Н. В. и многих других, исследования которых посвящены повышению эффективности процесса резания и неразрывно с этим связанной проблеме исследования механизмов и закономерностей контактного взаимодействия инструмента и обрабатываемого материала.

Устанавливаются цели и задачи исследования.

Вторая глава посвящена методике проведения экспериментальных исследований. При проведении экспериментов в качестве обрабатываемых материалов использовались сталь 45 перлитного класса и сталь 12Х18Н10Т аустенитного класса.

Исследования (силовых зависимостей, стойкостные испытания) проводились на токарно-винторезном станке модели 1М63БФ101 мощностью 11,3 кВт с диапазоном частот вращения шпинделя 10... 1500 об/мин. В качестве режущего инструмента применялись резцы с механическим креплением твердосплавных пластинок Т15К6 и ВК8. Исследования контактных процессов проводились на микрошлифах корней стружек по закономерностям деформации зерен металла и по данным микротвердости зоны резания, а также исследования износа инструмента по методике, установленной на кафедре "Технология машиностроения" ВолгГТУ с использованием МИМ-7, ПМТ-3 и микроскоп измерительный ТСМ100 фирмы "Brown & Sharpe TESA SA", Швецария..

Исследования качества и эксплуатационных свойств поверхностей деталей, обработанных с использованием метода предварительного пластического деформирования проводились на профилометре-профилографе мод. 201.

Приводится методика статистической обработки полученных данных, расчет необходимого количества опытов и методика оценки резко выделяющихся опытных данных.

В третьей главе представлены результаты исследования закономерностей пластического деформирования сталей и сплавов.

Определены основные параметры предварительного пластического деформирования, оказывающие влияние на свойства и величину наклепанного слоя детали.

Упрочнение металла в незакаленной стали происходит за счет сгруктурных изменений и изменений структурных несовершенств (плотности, качества и взаимодействия дислокаций, количества вакансий и др.), дроблением блоков и наведением микронапряжений. В результате пластического деформирования происходит изменение твердости поверхностных слоев обрабатываемого материала, что связано с увеличением в них плотности дислокаций, а также изменением величины скрытой энергии, которая может рассматриваться как интегральная характеристика напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя. Управляя величиной скрытой энергии путем изменения технологических условий резания, можно прогнозировать точность и качество обработки.

Изменение свойств поверхностных деформированных слоев обрабатываемого материала и глубина наклепа зависят от физико-механических свойств, структуры и химического состава деформируемой стали, режимов упрочнения. Влияние на поверхностную твердость оказывает давление деформирующего элемента в контакте с обрабатываемой деталью и кратность его приложения; размеры и геометрия деформирующего элемента, которые во многом определяют ширину отпечатка и геометрию зоны деформации; технологические параметры: величина подачи, определяющая наложение полос деформации друг на друга, скорость обкатки, то есть скорость вращения детали в процессе деформации, определяющая температурные условия.

В главе также приводится методика расчета и выбора режимов предварительного пластического деформирования.

В четвертой главе приводятся результаты исследования особенностей контактного взаимодействия и процесса стружкообразования при резании сталей перлитного и аустенитного классов с предварительным пластическим деформированием.

Установлено, что при резании с предварительным пластическим деформированием общие закономерности пластического деформирования обрабатываемых сталей в контактной зоне не изменяются, так как взаимодействие контактирующих материалов характеризуется наличием участка пластического контакта. Однако, с ростом нагрузки пластического

деформирования наблюдается уменьшение размеров участков контактного взаимодействия и, прежде всего, участков деформационного упрочнения и пластического контакта (рис. 1,2).

Рис. 1. Влияние величины нагрузки предварительного пластического деформирования на размеры участков пластического контакта (С,) и деформационного упрочнения (С2). Сталь 45. Г= 2 м/с, S = 0,109 мм/об. 1 -ВК8, 2 -Т15К6.

Рис. 2. Влияние величины нагрузки предварительного пластического деформирования на размеры участков пластического контакта (С,) и деформационного упрочнения (С2). Сталь 12Х18Н10Т. V = 2 м/с, 5 = 0,1 мм/об. 1 -ВК8, 2-Т15К6.

С целью определения величин сил резания была использована методика А. М. Розенберга, согласно которой проекция силы резания Rz (проекции Рг на переднюю поверхность инструмента) может быть рассчитана по формуле:

Rt=WSHVkSt, (1)

где HV - твердость стружки по Виккерсу; к - коэффициент усадки стружки и переднего угла у, определяемый по вспомогательному графику; S -величина подачи; t - глубина резания; 0Д85//К • Jt - удельная работа стружкообразования Qc; 0Д85ЯК - напряжение, равное сопротивлению пластическому сдвигу материала стружки в зоне стружкообразования ту. Н. Н. Зоревым предложено определять Rz по величине удельной работы стружкообразования:

R,=QcSt. (2)

В свою очередь удельную работу стружкообразования предложено определять по выражению:

^ - sin у

eos;'

■ + tgC

(3)

где 4 - коэффициент усадки стружки; С - величина, рекомендуемая для углеродистых сталей.

По результатам настоящей работы установлено, что при увеличении усилия предварительного пластического деформирования уменьшается и сила резания Р: при точении стали 45 и 12X18Н1 ОТ (рис. 3, 4).

Рис. 3. Влияние величины усилия при предварительном деформировании на величину силы резания. Сталь 45; Скорость резания V = 1,67 м/с; глубина резания / = 0,5 мм; подача 5 = 0,1 мм/об. 1 - ВК8,2 - Т15К6.

г

Рис. 4. Влияние величины усилия при предварительном пластическом деформировании на величину силы резания. Сталь 12Х18Н10Т; Скорость резания V = 1,67 м/с; глубина резания t = 0,5 мм; подача S = 0,1 мм/об. 1 - ВК8,2 - Т15К6.

Проведенные исследования влияния предварительного пластического деформирования на температуру в зоне резания позволили установить ее уменьшение, о чем свидетельствуют зависимости (рис. 5, 6).

Рис. 5. Изменение температуры в контактной зоне в зависимости от скорости резания (V). Сталь 45; глубина резания / = 0,5 мм, подача 5 = 0,1 мм/об. Обработка без предварительного пластического деформирования: 1 - Т15К6, 2 - ВК8; обработка с предварительным пластическим деформированием (нагрузка 1400Н); 3 - Т15К6,4 - ВК8

' 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2.2 2.4 2,6 2,8 3 ] !_____ i

Рис. 6. Изменение температуры в контактной зоне в зависимости от скорости резания (V). Сталь 12Х18Н10Т; глубина резания / = 0,5мм, подача 5 = 0,1 мм/об. Обработка без предварительного пластического деформирования: 1 - Т15К6, 2 - ВК8; обработка с предварительным пластическим деформированием (нагрузка 1400Н): 3 - Т15К6,4 - ВК8.

Предварительное пластическое деформирование также позволяет снизить неустойчивость процесса резания, что является характерной особенностью обработки сталей аустенитного класса и которая неблагоприятно влияет на стойкость инструмента, точность и качество обработанной поверхности. При этом происходит уменьшение шага следов неустойчивости, амплитуды колебания угла сдвига и увеличение частоты неустойчивости, что говорит о стабилизации процесса резания и уменьшении колебаний сил и температур в зоне резания.

В результате этого устраняются циклические нагрузки на режущий инструмент, что приводит к повышению его стойкости. Автором установлено, что в результате предварительного пластического деформирования амплитуда колебаний угла сдвига уменьшилась в 1,5-2 раза.

Пятая глава посвящена исследованию влияния метода предварительного пластического деформирования на износостойкость режущего инструмента и формирование качества обработанной поверхности при получистовом и чистовом точении сталей перлитного и аустенитного классов.

Было установлено, что при обработке стали 12Х18Н10Т с аустенитной структурой и стали 45 с перлитной, предварительное пластическое деформирование позволяет уменьшить износ режущего инструмента, причем величина фаски износа по задней грани резца уменьшается с ростом нагрузки деформирования. Рост усилия предварительного пластического деформирования уменьшает износ инструмента, как при обработке резцами

Т15К6 (рис. 7), так и ВК8 (рис. 8). Различные размеры фаски износа по задней грани для резцов ВК8 и Т15К6 определяются физико-механическими свойствами инструментальных и обрабатываемых материалов, различными температурными условиями в зоне резания.

При обработке аустенитных сталей стойкость инструмента снижается в большей степени из-за неустойчивости процесса резания и, соответственно, по причине цикличного характера температурно-силовых нагрузок, воспринимаемых резцом. С уменьшением величины неустойчивости снижается износ инструмента при точении стали 12Х18Н10Т.

При обработке аустенитной стали после предварительного пластического деформирования стойкость резцов Т15К6 увеличивается интенсивнее по сравнению с ВК8, что объясняется большим влиянием цикличности нагрузки на износ инструментальных материалов группы ТК из-за значительного снижения количества и величины микросколов и выкрашиваний на режущих кромках.

12Х18Н10Т, 3 - сталь 45; обработка после предварительного пластического деформирования (нагрузка 1400 Н): 2 - сталь 12Х18Н10Т; 4 - сталь 45.

Рис. 8. Кривая роста площадки контакта по задней грани. ВК8. V=2 м/с, S=0,1 мм/об, t=0,5 мм. Обработка без предварительного пластического деформирования: 1 - сталь 45, 3 -сталь 12Х18Н10Т; обработка после предварительного пластического деформирования (нагрузка 1400 Н): 2 - сталь 45; 4 - сталь 12Х18Н10Т.

Установлено, что изменение свойств поверхностных слоев материала вследствие пластической деформации оказывает влияние и на качество обработанной поверхности. Так, с ростом нагрузки деформирования величина среднего арифметического отклонения профиля обработанной поверхности Ra уменьшается, что свидетельствует о повышении качества обработанной поверхности (рис. 9).

О повышении сплошности обработанных поверхностей после предварительного пластического деформирования свидетельствуют также опорные кривые (рис. 10), что характеризует повышение эксплуатационных свойств этой поверхности.

При получистовой обработке стали 45 нагрузка предварительного пластического деформирования не должна быть меньше 1400 Н, тогда как при чистовом точении достаточной является 1200 Н. Причем увеличение нагрузки в случае чистового точения более 1200 Н становится нецелесообразным, так как рост затрат на предварительное пластическое деформирование в данном случае не дает заметного улучшения качества поверхности.

Для стали 12Х18Н10Т с аустенитной структурой рациональными нагрузками предварительного пластического деформирования являются в случае получистового точения 1500 - 1600 Н, в случае чистового - не более 1400 Н. При дальнейшем увеличении нагрузки улучшения качества поверхности деталей из аустенитной стали не наблюдалось. Количество рабочих деформирующих ходов более двух для стали с перлитной структурой и более трех для - аустенитной не дает реального повышения эффекта процесса, поскольку их увеличение приводит к ухудшению качества поверхности. Подача

I

5 назначается в зависимости от ширины следа деформирующего элемента и ее рекомендуется принимать 5 < (0,10...0,12)26, где 2Ъ - ширина следа. Этот параметр определяет равномерность распределения деформированного слоя по всему объему обрабатываемого материала.

Рис. 9. Влияние нагрузки предварительного пластического деформирования на величину R„ при чистовой обработке. V = 2 м/с, S - 0,1 мм/об. Сталь 12Х18Н10Т: 1 - ВК8; 2 - Т15К6; Сталь 45: 3 - Т15К6,4 - ВК8.

Рис. 10. Опорные кривые обработанной поверхности. Сталь 12Х18Н10Т. ВК8. V = 2 м/с, S = 0,1 мм/об, t = 0,2 мм. Обработка после предварительного пластического деформирования (нагрузка 1400 Н): 1 - Т15К6, 3 - ВК8; обработка без предварительного пластического деформирования: 2 - Т15К6,4 - ВК8.

Скорость обкатывания должна назначаться из условий обеспечения производительности работы без вибраций в пределах допустимой прочности системы станок-деталь-инструмент. Ограничивающим фактором является чрезмерный нагрев зоны контакта упрочняющего инструмента с деталью. В связи с этим на практике обкатывание осуществляется с умеренными скоростями, не превышающими 2,5 м/с. Наилучшие условия пластического деформирования будут при наименьшей возможной скорости обкатки обрабатываемой детали.

Выводы по работе.

1. Установлено, что при резании с предварительным пластическим деформированием наблюдается уменьшение размеров участков контактного взаимодействия, и, прежде всего, участков деформационного упрочнения и пластического контакта; уменьшаются температура и силы резания.

2. Установлено, что предварительное пластическое деформирование уменьшает неустойчивость процесса резания, причем уменьшаются колебания сил резания и температуры в зоне контакта.

3. Доказано, что предварительное пластическое деформирование позволяет снизить износ режущего инструмента и повысить его прогнозируемую размерную стойкость в среднем на 35-40%.

4. Выполненные исследования подтвердили повышение качества поверхности, так как шероховатость поверхности, обработанной с предварительным пластическим деформированием, уменьшилась в среднем на 20-25%.

5. Предложены рекомендации по использованию рациональных режимов обработки с целью повышения износостойкости инструмента и качества обработанной поверхности.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах

1. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Солодков В. А., Крайнев Д. В., Геронтиди Г. В. Формирование касательных напряжений при резании сталей. // Известия Волгоградского государственного технического университета: межвуз. сб. науч. ст. №4 / Волг! ТУ. - Волгоград, 2003. с.111-116. - (Сер. Прогрессивные технологии в машиностроении; вып. 6).

2. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Солодков В. А., Крайнев Д. В, Полянчикова М. Ю. Кинематика зоны относительного застоя. // Инструмент и технологии. 2003. №15-16. с. 68-71.

3. Полянчиков Ю. Н., Пахтусов С. М., Солодков В. А., Черемушников Н. П., Кормилицин С. И. Особенности стружкообразования при обработке сталей перлитного класса. // Известия Волгоградского государственного технического университета: межвуз. сб. науч. ст. №9 / ВолгГТУ. -Волгоград, 2004. с.45-48. - (Сер. Прогрессивные технологии в машиностроении; вып. 1).

!

I

4. Полянчиков Ю. Н., Пахтусов С. М., Солодков В. А., Черемушников Н. П., Кумаков А. В., Крайнев Д. В. Влияние механизма контактного взаимодействия на износ передней поверхности инструмента. // Известия Волгоградского государственного технического университета: межвуз. сб. науч. ст. №9 / ВолгГТУ. - Волгоград, 2004. с.42-45. - (Сер. Прогрессивные технологии в машиностроении; вып. 1).

5. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Солодков В. А., Крайнев Д. В., Цыганова Н. М. Особенности обработки упрочняемых материалов на низких скоростях резания. // Известия Волгоградского государственного технического университета: межвуз. сб. науч. ст. №9 / ВолгГТУ. -Волгоград, 2004. с.48-50. - (Сер. Прогрессивные технологии в машиностроении; вып. 1).

6. Полянчиков Ю. Н., Черемушников II. П., Солодков В. А., Крайнев Д. В., Цыганова Н. М. Неустойчивость процесса резания титановых сплавов и аустенитных сталей. // Известия Волгоградского государственного технического университета: межвуз. сб. науч. ст. №9 / ВолгГТУ. -Волгоград, 2004. с.50-52. - (Сер. Прогрессивные технологии в машиностроении; вып. 1).

7. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Кормилицин С. И., Крайнев Д. В. Процесс резания сталей в широком диапазоне скоростей. // Инструмент и технологии. 2004. № 21-22. с.109-116.

8. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Крайнев Д. В., Иванов В. В. Влияние теплопроводности на кинематику зоны относительного застоя. // Волжский технологический вестник. 2004. №1. с. 8-10.

9. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Крайнев Д. В. Некоторые аспекты теории износа твердосплавного инструмента. // Волжский технологический вестник. 2004. №4. с. 40-41.

10. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Крайнев Д. В., Иванов В. В., Кумаков А. В. Формирование касательных напряжений при резании сталей. // Вестник Читинского государственного университета. 2004. №33. с.101-105.

11. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Солодков В. А., Крайнев Д. В., Геронтиди Г. В., Цыганова Н. М. Кинематика зоны относительного застоя. // Известия Волгоградского государственного технического университета: межвуз. сб. науч. ст. №4 / ВолгГТУ. - Волгоград, 2004. с. 108-111. - (Сер. Прогрессивные технологии в машиностроении; вып. 6).

12. Полянчиков Ю. Н, Черемушников Н. П., Крайнев Д. В. Закономерности пластического деформирования при резании металлов. // Наука -производству. 2005. №1. с. 58-60.

13. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Крайнев Д. В., Иванов В. В., Кумаков А. В. Особенности обработки сталей аустенитного класса. // Вестник Читинского государственного университета. 2005. №34. с.12-17.

¿00££ гввз

№-2689

Подписано в печать 31.01 ,2006г. Заказ №50 . Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0 Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Типография РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета.

400131, г. Волгоград, ул. Советская, 35

Введение.

Глава 1. Обзор литературных данных и постановка задач исследования.

-1.1. Анализ существующих методов повышения обрабатываемости сталей и сплавов и повышения износостойкости инструмента.

1.2. Анализ метода обработки деталей резанием с предварительным пластическим деформированием.

1.3. Постановка задач исследования.

Глава 2. Методика проведения исследования.

2.1. Экспериментальная установка.

2.2. Инструментальные и обрабатываемые материалы.

2.3. Методика применения опережающего пластического деформирования.

2.4. Методика исследования контактных процессов при резании.

Глава 3. Исследование закономерностей пластического деформирования сталей и сплавов.

3.1. Исследование деформированного состояния поверхностного слоя детали.

3.2. Определение режимов предварительного пластического деформирования.

3.3. Выводы.

Глава 4. Особенности процесса резания сталей с предварительным пластическим деформированием.

4.1. Особенности процесса резания сталей перлитного класса с предварительным пластическим деформированием.

4.2. Особенности процесса резания сталей аустенитного класса с предварительным пластическим деформированием.

4.3. Выводы.

Глава 5. Исследование закономерностей износа инструмента и формирования микропрофиля обработанной поверхности при резании с предварительным пластическим деформированием.

5.1. Факторы, влияющие на износостойкость инструмента.

5.2. Закономерности износа инструмента при резании с Предварительным пластическим деформированием.

5.3. Формирование микропрофиля обработанной поверхности с предварительным пластическим деформированием.

Повышение требований к эксплуатационной стойкости и надежности деталей машин вызывает необходимость появления новых конструкционных материалов, что, в свою очередь, требует и совершенствования методов их получения, создания и разработки методов повышения эффективности процессов механической обработки, интенсификации процесса резания, повышения стойкости инструмента, производительности производства и качества поверхности обрабатываемых деталей.

Так, вопросами повышения эффективности процесса резания и неразрывно с ним связанной проблемой исследования механизмов и закономерностей контактного взаимодействия инструмента и обрабатываемого материала занимались такие ученые, как Зорев Н. Н., Бобров В. Ф., Резников А. Н., Подураев В. Н, Камалов В. С., Талантов Н. В. и многие другие.

В настоящее время существует значительное количество методик и способов совершенствования операций механической обработки и ее оптимизации, направленных на решение этой задачи.

Необходимость усовершенствования эффективности процессов механической обработки, повышения качества поверхности и точности выпускаемых деталей требует создания новых и совершенствования существующих технологических методов. При этом особое внимание придается методам чистовой обработки, которые наряду с высокой производительностью должны обладать технологической простотой и универсальностью.

Кроме того, современные технологические приемы должны иметь под собой четкую научную и практическую базу, что позволило бы максимально надежно и эффективно использовать возможности механических производств.

В данной работе исследуется способ повышения обрабатываемости сталей аустенитного и перлитного классов путем использования предварительного пластического деформирования при получистовом и чистовом точении.

Данный метод позволяет повысить производительность и качество поверхности обработанных деталей при получистовом и чистовом точении сталей перлитного и аустенитного классов. Способ обладает высокой технологичностью, простотой и универсальностью, что делает возможным его эффективное использование в условиях современного производства.

Цель работы - повышение износостойкости режущего инструмента и качества обработанной поверхности сталей перлитного и аустенитного классов путем использования предварительного пластического деформирования обрабатываемой поверхности.

Для решения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Выяснение характера контактного взаимодействия при резании сталей перлитного и аустенитного классов с предварительным пластическим деформированием.

2. Анализ процесса стружкообразования при различных параметрах предварительного пластического деформирования.

3. Исследование особенностей износа инструмента при резании с предварительным пластическим деформированием.

4. Исследование формирования микропрофиля обрабатываемой поверхности при резании с предварительным пластическим деформированием.

5. Разработка рекомендаций по использованию рациональных режимов обработки при резании сталей перлитного и аустенитного классов с предварительным пластическим деформированием.

Все исследования проводились на твердых сплавах групп ВК и ТК. В качестве обрабатываемых материалов применялись углеродистые стали перлитного класса и жаропрочные нержавеющие стали аустенитного класса.

Исследования, представленные в работе, являются частью проблемы "Исследование физических основ процесса резания и повышение эффективности механической обработки", разрабатываемой на кафедре

Технология машиностроения" Волгоградского государственного технического университета.

Выводы по работе

1. Впервые установлено, что при резании с предварительным пластическим деформированием наблюдается уменьшение размеров участков контактного взаимодействия и, прежде всего, участков деформационного упрочнения и пластического контакта.

2. Установлено, что обработка с предварительным пластическим деформированием приводит к уменьшению температуры в зоне резания.

3. Предварительное пластическое деформирование позволяет снизить величину действующих сил резания.

4. Установлено, что предварительное пластическое деформирование уменьшает неустойчивость процесса резания, соответственно колебания сил резания и температуры в зоне контакта.

5. Установлено, что предварительное пластическое деформирование позволяет снизить износ режущего инструмента и повысить его прогнозируемую размерную стойкость при получистовой и чистовой обработке сталей аустенитного и перлитного класса в среднем на 35-40%.

6. Выполненные исследования подтвердили повышение качества поверхности, так как шероховатость поверхности обработанной с предварительным пластическим деформированием уменьшилась в среднем на 20-25%.

7. Предложены рекомендации по использованию рациональных режимов обработки с целью повышения износостойкости инструмента и качества обработанной поверхности.

1. Алехин В. П., Гусев О. В., Милевский JI. С., Шоршоров М. X. Сб. Материалы Всесоюзного Совещания по дефектам структуры в полупроводниках, ч. 1. Ин-т физ. полупроводников СО АН СССР. Новосибирск, 1969, 280.

2. Алехин В. П., Алиев Г. Г., Шоршоров М. X. Физическая и химическая обработка материалов, 1971, 5, 89.

3. Алехин В. П., Гусев О. В., Петров Ю. Н., Трефилов В. И., Шоршоров М. X. Докл. АН СССР, 1969, 188, 2, 326; 1969, 188, 3, 548.

4. Алехин в. П., Гусев О. В., Шоршоров М. X. Физическая и химическая обработка материалов. 1969, 6, 50.

5. Алехин В. П., Шоршоров М. X. Влияние особенностей микропластической деформации вблизи свободной поверхности твердого тела на общую кинетику макропластического течения (обзор). // Физика и химия обработки материалов. 1973. №5. с. 84-101.

6. Алехин В. П., Шоршоров М. X. Сб. Тезисы докладов расширенного семинара по трению, адгезионному взаимодействию и изнашиванию при высоких температурах. М.: Ин-т машиноведения, 1970, 45.

7. Безъязычный В. Ф., Михайлов С. В. Кинематический анализ формирования сливной стружки. // Вестник машиностроения. 2003. №11. с. 48-50.

8. Блохин В. В. Расчет стойкости инструмента с использованием прочностных и деформационных характеристик материала. // Станки и инструменты. 1995. №9. с. 12-13.

9. Бобров В. Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975.-344 с.

10. Быков Ю. М. Исследование закономерностей износа твердосплавного инструмента с износостойким покрытиями с целью повышения его работоспособности. Автореф. дисс. канд. техн. наук, Волгоград, 1993.

11. Ван Флек Л., Теоретическое и прикладное материаловедение. Пер. с англ. М., Атомиздат., 1975. 472 с.

12. Васильев С. В. Предпосылки физической теории резания металлов. // Вестник машиностроения. 1989. №10. с. 45-48.

13. Вильсон A. JL Расчет оптимальных скоростей резания с учетом требований к надежности инструмента. // Станки и инструмент. 1984. №5. с. 29-31.

14. Гилман Дж., Джонстон в. Сб. Дислокации и механические свойства кристаллов. Из-во иностр. лит., 1960. 169 с.

15. Гольдштейн Я. Е., Заславский А. Я. Конструкционные стали повышенной обрабатываемости. М.: Металлургия, 1977.-248 с.

16. Гутер Р.С., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М., 1970. 432 с.

17. Дж. Хирт, И. Лоте Теория дислокаций. М.: Атомиздат. 1972. 600 с.

18. Дрозд М. С., Матлин М. М., Сидякин Ю. И. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации. М.: Машиностроение, 1986. -224 с.

19. Дудкин М. Е. Исследование контактных явлений и механизмов износа твердосплавного инструмента при обработке конструкционных сталей. -Автореф. дисс. канд. техн. наук, Тбилиси, 1980. 21 с.

20. Ефимович И. А. Циклический характер напряженно-деформированного состояния режущей части инструмента в процессе резания. // Вестник машиностроения. 2003. №7. с. 48-52.

21. Зорев Н. Н. Влияние природы износа режущего инструмента на зависимость его стойкости от скорости резания. // Вестник машиностроения. 1965. №2. с. 68-75.

22. Зорев Н. Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз. 1956.-368 с.

23. Иванова В. С., Терентьев В. Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия. 1975.-455 с.

24. Исаев А. И., Анохин В. С. Применение ультразвуковых колебаний при резании металлов. // Вестник машиностроения, 1961, № 5, с. 56-62.

25. Кабалдин Ю. Г. К вопросу об адиабатическом сдвиге элемента стружки при резании. // Вестник машиностроения. 1998. №6. с. 29-35.

26. Кабалдин Ю. Г. Механизмы разрушения твердосплавного инструмента при прерывистом резании. // Вестник машиностроения. 2000. №5. с. 31-35.

27. Кабалдин Ю. Г. Механизмы структурной самоорганизации контактных поверхностей инструмента при резании. // Вестник машиностроения. 1998. №10. с. 23-32.

28. Кабалдин Ю. Г. Повышение устойчивости процесса резания. // Вестник машиностроения. 1991. №6. с. 37-44.

29. Кабалдин Ю. Г. Расчет режущего инструмента на основе структурно-энергетического подхода к его прочности. // Вестник машиностроения. 1993. №9. с. 33-36.

30. Кабалдин Ю. Г. Самоорганизация в процессах трения и смазки при резании. // Вестник машиностроения. 2003. №10. с. 53-59.

31. Кабалдин ю. Г. Семибратова М. В. Нелинейная динамика. Фрактальный подход к изнашиванию и динамической устойчивости трибосистем при резании. // Вестник машиностроения. 2003. №4. с. 54-58.

32. Кабалдин Ю. Г. Солитонный механизм возмущения вибраций в технологических самоорганизующихся системах обработки резанием. // Вестник машиностроения. 2000. №3. с. 31-37.

33. Кабалдин Ю. Г. Структурная самоорганизация контактных поверхностей инструмента и механизмы безызносности при резании. // Вестник машиностроения. 1999. №7. с. 29-31.

34. Кабалдин Ю. Г. Структурно-Энергетический подход к процессу изнашивания режущего инструмента. // Вестник машиностроения. 1990. № 12 с. 62-68

35. Кабалдин Ю. Г., Бурков А. А., Кравченко Е. Г. Физические основы управления процессом завивания стружки в условиях автоматизированного производства. // Вестник машиностроения. 2000. №4. с. 28-33.

36. Кабалдин Ю. Г., Молоканов Б. И., Высоцкий В. В. Расчет износа режущего инструмента на основе структурно-энергетического подхода к его прочности. // Вестник машиностроения. 1993. №9. с. 33-36.

37. Кабалдин Ю. Г., Хромов А. И., Егорова Ю. Г. Жесткопластическая модель процесса резания металлов. // Вестник машиностроения. 1998. №2. с. 19-23

38. Кащев П. Г. Исследования режущего инструмента с рандомизацией факторов. // Станки и инструмент. 1984. №5. с. 23-25.

39. Кащеев В. Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. М.: Машиностроение. 1978.-213 с.

40. Коршунов В. Я. Повышение эксплуатационных свойств машин прогнозированием и технологическим обеспечением физико-механическихпараметров материалов на основе принципов синергетики. // Вестник машиностроения. 2000. №6. с. 48-53.

41. Липатов А. А. Закономерности процесса резания высоколегированных сталей и пути повышения работоспособности инструмента. Автореф. дисс. канд. техн. наук, Волгоград 1987.

42. Лоладзе Т. Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1982. - 320 с.

43. Лоладзе Т. Н. Стружкообразование при резании металлов. М.: Машгиз. 1952.-200 с.

44. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие. М.: Высш. школа, 1982. 224 с.

45. Любвин В. И. Обработка металлов радиальным обжатием. М., Машиностроение, 1975. -248 с.

46. Макаров А. Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976. 278 с.

47. Малинин Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1968.-400 с.

48. Малыгин В. И. Модель напряженно-деформированного состояния режущего элемента сборного инструмента. // Вестник машиностроения. 2000. №2. с. 22-26.

49. Малыгин В. И., Шестаков К. Л. Система управления процессом механической обработки на основе математической модели динамических процессов при резании. // Вестник машиностроения. 1998. №8. с. 22-28.

50. Мартынов Г. А. Токарная обработка с электроконтактным нагревом зоны резания. "Станки и инструмент", 1968, №12, с. 16-17.

51. Матлин М. М., Лебский С. Л., Бабаков А. В. Определение глубины пластически деформированного слоя при упрочняющей обработке деталей цилиндрическими роликами. // Вестник машиностроения. 2002. №10. с. 5355.

52. Мокрицкий Б. Я., Мокрицкая Е. Б. К вопросу об управлении работоспособностью металлорежущего инструмента. // Вестник машиностроения. 1998. № 12. с.40-47

53. Новые процессы деформации металлов и сплавов: Учеб. Пособие для вузов / А.П. Коликов, П.И. Полухин, А.В. Крупин и др. М.:Высш.шк., 1986. -351 с.

54. Нодельман М. О. Определение параметров силовой расчетной схемы резания с параллельными границами зоны стружкообразования. // Вестник машиностроения. 2002. №1. с. 34-38.

55. Петрушин С. И., Корчуганова М. А. Методика проектирования стружколомающих элементов на передней поверхности режущей части инструментов. //Вестник машиностроения. 2000. №6. с. 38-42.

56. Плотников А. Л. Обеспечение надежности определения режимов лезвийной обработки для автоматизированного станочного оборудования на основе оперативной информации о свойствах инструмента и детали. -Автореф. дисс. док-pa техн. наук, Саратов, 2002. 32 с.

57. Плотников А. Л., Таубе А. О. Управление режимами резания на токарных станках с ЧПУ: Монография / Волгоград, гос. техн. ун-т, Волгоград, 2003. -184 с.

58. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин./А. М. Сулима, В. А. Шулов, Ю. Д. Ягодкин. М.: Машиностроение, 1988. - 240 с.

59. Подольский М. А. Оценка эффективности упрочнения деталей динамическими методами ППД на основе энергетического критерия. -Автореф. дисс. канд. техн. наук, Ростов-на-Дону, 2005. 19 с.

60. Подураев В. Н. Обработка резанием с вибрациями. М., Машиностроение, 1970,352 с.

61. Подураев В. Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М.: Высшая школа, 1974. - 587 с.

62. Подураев В. Н. Технология физико-химических методов обработки. -М.: Машиностроение, 1985. 264 с.

63. Подураев В. Н., В. В. Закураев, Карякин В. С. Прогнозирование стойкости режущего инструмента. // Вестник машиностроения. 1993. №1. с. 30-36.

64. Подураев В. Н., Камалов В. С. Физико-химические методы обработки. М.: Машиностроение, 1973. 346 с.

65. Подураев В. Н., Касьян С. М. Исследование износа твердосплавного режущего инструмента. // Станки и инструмент. 1984. №5. с. 25-29.

66. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение металлов; Справочник. М.: Машиностроение, 1986. 320 с.

67. Полетика М. Ф. О силах на задней грани резца. Известия Томского политехнического института. Томск. 1974. - с. 84-87.

68. Полянчиков Ю. Н, Черемушников Н. П., Крайнев Д. В. Закономерности пластического деформирования при резании металлов. // Наука -производству. 2005. №1. с. 58-60.

69. Волгоград, 2004. с.45-48. (Сер. Прогрессивные технологии в машиностроении; вып. 1).

70. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Кормилицин С. И., Крайнев Д. В. Процесс резания сталей в широком диапазоне скоростей. // Инструмент и технологии. 2004. № 21-22. с. 109-116.

71. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Крайнев Д. В. Некоторые аспекты теории износа твердосплавного инструмента. // Волжский технологический вестник. 2004. №4. с. 40-41.

72. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Крайнев Д. В., Иванов В. В. Влияние теплопроводности на кинематику зоны относительного застоя. // Волжский технологический вестник. 2004. №1. с. 8-10.

73. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Крайнев Д. В., Иванов В. В., Кумаков А. В. Формирование касательных напряжений при резании сталей. // Вестник Читинского государственного университета. 2004. №33. с. 101105.

74. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Крайнев Д. В., Иванов В. В., Кумаков А. В. Особенности обработки сталей аустенитного класса. // Вестник Читинского государственного университета. 2005. №34. с.12-17.

75. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Солодков В. А., Крайнев Д. В, Полянчикова М. Ю. Кинематика зоны относительного застоя. // Инструмент и технологии. 2003. №15-16. с. 68-71.

76. Постников B.C. Физика и химия твердого состояния. М., Металлургия, 1978.-544 с.

77. Процессы деформации. Бэкофен В. Массачусетс, Калифорния, 1972. пер. с англ. М.: Металлургия, 1977. 288 с.

78. Режущие инструменты, оснащенные сверх твердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник/ В. П. Жедь, Г. В. Боровский, Я. А. Музыкант, Г. М. Ипполитов. М.: Машиностроение, 1987. 320 с.

79. Резников А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1981. - 279 с.

80. Розенберг А. М., Розенберг О. А. К вопросу о напряженно-деформированном состоянии металла в процессе резания. // Сверхтвердые материалы. 1988. №5. с. 41-49.

81. Розенберг А. М., Розенберг О. А. Расчет сил при резании пластичных материалов. // Сверхтвердые материалы. 1987. №4. с. 48-54.

82. Розенберг Ю. А. Создание нормативов по определению сил резания с использованием теоретических зависимостей процесса резания. // Вестник машиностроения. 2000. №9. с. 35-40.

83. Рыкалин Н. Н., Углов А. А. Развитие теплофизических основ технологических процессов. // Физика и химия обработки материалов. 1981. №1.с. 7-18.

84. Сгибнев А. В., Бойчев А. И., Ползикова Т. В. Экспресс-метод оценки надежности инструмента на операциях механической обработки. // Вестник машиностроения. 1991. №12. с. 43-44.

85. Сидоренко л. С. Математическое моделирование физических явлений процесса резания металлов на основе законов реологии. // Вестник машиностроения. 2000. №7. с. 40-45.

86. Сидоренко JI. С. Расчет параметров лунки износа на передней поверхности инструмента при резании углеродистых сталей. // Вестник машиностроения. 2003. №2. с. 39-44.

87. Смирнов Б. И. Сб. Прочность и надежность металлов и сплавов 2. Лен. дом научно-техн. пропаганды (под ред. Васильева). 1965. 77.

88. Смирнов Б. И., Ефимов Б. А. Кристаллография. 1965. 4. 323.

89. Смирнов Б. И., Патрикеев Ю. И. Физика твердого тела. 1965. 7.1649.

90. Смирнов-Аляев Г. А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. 3-е изд., перераб., и доп., JI.: Машиностроение, Ленингр., отд-ние, 1978. 368 с.

91. Справочник по технологии резания материалов. В 2-х кн., кн. 2/Под ред. Г. Шпура, Т. Штеферле; Пер. с нем. Под ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1985. 688 с.

92. Станчук Э. А. Повышение стойкости режущего инструмента путем применения цианирующих СОЖ. / "Технология и организация производства", 1967, №5, с. 12-16.

93. Старков В. К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. М., Машиностроение, 1989. -296 с.

94. Старков В. К. Дислокационные представления о резании металлов. М.: Машиностроение, 1979. - 160 с.

95. Старков В. К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. М.: Машиностроение, 1989.-296 с.

96. Судзуки Т. Сб. Дислокации и механические свойства кристаллов. Из-во иностр. лит., 1960. 151 с.

97. Талантов Н. В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992. - 240 с.

98. Технология обработки конструкционных материалов: Учеб. Для машиност. спец. вузов/ П.Г. Петруха, А.И.Марков, П.Д. Беспахотный и др.; Под ред.П.Г. Петрухи. М.: Высш. шк., 1991.-512 с.

99. Трент Е. М. Резание металлов. М.: Машиностроение, 1980. 263 с.

100. Устройство для получения корня стружки / Талантов Н. В., А. Е. Магид, М. Е. Дудкин, А. А. Липатов. / Авт.свид. СССР № 1079366. БИ, 1984. №10.

101. Чалмерс Б., Девис Р. Сб. Дислокации и механические свойства кристаллов. Из-во иностр. лит., 1960. 169 с.

102. Черемушников Н. П. Исследование процесса пластического деформирования и его неустойчивости при резании металлов. Автореф. дисс. канд. техн. наук, Саратов, 1980.-22 с.

103. ИЗ. Черменский О. Н. Методика расчета усилия резания стали на основе теории пластичности. // Вестник машиностроения. 2000. №11. с. 41-43.

104. Шашок А. В. Оценка надежности функционирования режущего инструмента на операциях токарной обработки. // Вестник машиностроения. 2002. №9. с. 60-63.

105. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. Р. С. Гутер, Б. В. Овчинский. М.: Наук. 1970. 432 с.

106. Adams М. A. Acta Met., 1958. 6. 327.

107. Gijman J. J. Phil. Mag., 1961, 159.

108. Karashima S., Prummer R., Macherauch E. Materialpruf. 1968. 10. 262.

109. Kimura., Maddin R., Kimura H. Acta Met., 1964. 12, 10,1167.

110. Kitajima S., Oasa H., Kaeda H . Trans. JIM. 1967, 8. 185.

111. Kitajima S., Tanaka H., Kaeda H . Trans. JIM. 1968, 10, 12$ 1969, 10.

112. Kolb K., Macherauch E. Phil. Mag.,' 1962, 7, 415.Sumino K. J. Phys. Soc. Japan, 1962, 17,3,454.

113. Kramer I. R. Trans. AIME, 1965, 233. 1462.

114. Kramer I. R., Kumar A. Scripta Metall., 1969. 3. 4. 205.

115. Sumino K., Yamamoto M. J. Phys. Soc. Japan. 1961.