автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Обеспечение параметров качества наружных поверхностей цилиндрических деталей при выглаживании инструментами из минералокерамики и термоупрочненных сталей

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО ТЕРМОУПРОЧНЕНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ СТАЛЬНЫХ ВЫГЛАЖИВАТЕЛЕЙ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОВЕРХНОСТНОГО

СЛОЯ.

2 Л. Установка и характеристики процесса ЭТУ.

2.2. Оптимизация процесса формирования слоя белого чугуна на стальной поверхности.

2.2.1. Пространственная модель для нормальнокругового источника теплоты.

2.2.2. Проверка адекватности аналитической модели.

2.3. Исследование свойств поверхностного слоя термоупрочненных сталей.

2.3.1. Методика исследования.

2.3.2. Условия формирования износостойкого слоя.

2.3.3. Особенности технологического процесса ЭТУ и его применение для изготовления рабочей части выглаживателей.

2.4. Выводы по разделу

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫГЛАЖИВАНИЯ ИНСТРУМЕНТАМИ ИЗ ТЕРМОУПРОЧНЕННЫХ СТАЛЕЙ И МИНЕРАЛОКЕРАМИКИ.

3.1. Методика проведения исследований.

3.1.1. Обрабатываемые материалы, образцы для исследований, оборудование.

3.1.2. Выбор способа выглаживания, геометрической формы инструмента. Подготовка рабочей поверхности инструмента.

3.1.3. Контроль параметров шероховатости и микротвердости поверхностного слоя деталей.

3.1.4. Настройка инструмента на универсальных станках и станках с ЧПУ.

3.1.5. Способ оценки получения заданного параметра среднего арифметического отклонения профиля поверхности.

3.1.6. Измерение контактной температуры в процессе выглаживания инструментом из термоупрочненной стали.

3.1.7. Исследование стойкости выглаживателей.

3.2. Качество наружных поверхностей цилиндрических деталей при выглаживании инструментами из термоупрочненных сталей и минералокерамики.

3.2.1. Шероховатость поверхности.

3.2.2. Упрочнение поверхностного слоя.

3.2.3. Определение оптимальных параметров процесса выглаживания.

3.3. Выводы по разделу.

4. ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНОГО

СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ, ОБРАБОТАННЫХ ВЫГЛАЖИВАНИЕМ

ИНСТРУМЕНТАМИ ИЗ ТЕРМОУПРОЧНЕННЫХ

СТАЛЕЙ И МИНЕРАЛОКЕРАМИКИ.

Современные условия многономенклатурного производства, с небольшими объемами изготавливаемых изделий, диктуют необходимость применения экономичных технологических процессов механической обработки, обеспечивающих требуемые параметры качества поверхностного слоя деталей. Долговечность и безотказность работы машин определяется рядом существенных факторов, к которым, в первую очередь, следует отнести: прочность, жесткость, коррозионную стойкость, качество поверхности и другие. Формирование поверхностного слоя деталей, обеспечивающего требуемые эксплуатационные свойства, как правило, происходит на операциях окончательной обработки, таких как: шлифование, полирование, обработка поверхностным пластическим деформированием (ППД).

Наибольшее распространение в конструкциях машин получили гладкие цилиндрические соединения. Получение сопрягаемых цилиндрических поверхностей высокой точности и качества их поверхностного слоя, как правило, связано с трудоемкими и непроизводительными процессами обработки.

Методы ППД являются одними из наиболее перспективных процессов механической обработки таких поверхностей.

В результате поверхностного пластического деформирования формируют такие важнейшие параметры поверхностного слоя как шероховатость и микротвердость. Исследованиями отечественных и зарубежных авторов доказано, что наиболее эффективным и экологически чистым методом обработки ППД цилиндрических поверхностей деталей является процесс выглаживания.

Совершенствование процесса, снижение себестоимости может быть достигнуто применением недорогих и недефицитных материалов рабочей части инструментов, позволяющих получать требуемые параметры поверхностного слоя деталей.

Таким требованиям отвечает выглаживание цилиндрических поверхностей деталей минералокерамическим инструментом.

Исследованиями Баитова А.Г., Кудрявцева И.В., Мосталыгина Г.П., Мос-талыгина А.Г. доказаны возможность и эффективность применения минерало-керамики в качестве инструментального материала для рабочей части выглажи-вателей.

Совершенствование технологии производства минералокерамики, появление на рынке новых марок, таких как инструментальная керамика на основе А12Оз, армированная нитевидными монокристаллами БЮ с высокой прочностью на изгиб и вязкостью разрушения, позволяют говорить о перспективности использования этих материалов.

Ограничением применения минералокерамических инструментов является адгезионное взаимодействие с рядом используемых в машиностроении конструкционных материалов, недостаточно обоснованное назначение режимов выглаживания, связанное с отсутствием учета многофакторного воздействия характеристик режимов процесса на формирование качества поверхностного слоя деталей. *

Из вышеизложенного следует, что поиск новых недорогих и недефицитных инструментальных материалов и разработка более совершенного назначения режимов выглаживания являются актуальными задачами.

Целью настоящей работы является обеспечение заданных параметров качества поверхностного слоя наружных поверхностей цилиндрических деталей выглаживанием инструментами из минералокерамики и термоупрочненных сталей.

Предварительное изучение проблемы показало целесообразность проведения исследований по определению возможности применения термоупрочненных сталей в качестве нового инструментального материала.

Выявлена необходимость учета совместного воздействия характеристик режимов выглаживания на качество поверхностного слоя деталей оценки возможности использования оборудования, для получения заданных параметров качества, на стадии настройки станка. Решения вопросов настройки инструмента при обработке деталей выглаживанием на станках с ЧПУ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- впервые предложено использовать термоупрочненные стали в качестве инструментального материала для рабочей части выглаживателей;

- установлена взаимосвязь режимов выглаживания с параметрами качества поверхностного слоя деталей машин;

- разработаны алгоритмы назначения режимов выглаживания, обеспечивающие достижение заданных параметров качества поверхностного слоя при обработке инструментами из термоупрочненных сталей и минералокерами-ки.

Практическая ценность диссертации:

1. Разработанные рекомендации по проектированию и изготовлению рабочей части выглаживателей из термоупрочненных сталей позволяют использовать их в процессе финишной обработки поверхностей деталей машин.

2. Для наружных поверхностей цилиндрических деталей разработаны рекомендации по выбору режимов выглаживания, обеспечивающих заданные параметры качества поверхностного слоя. В данных рекомендациях учтено совокупное влияние характеристик режимов процесса на параметры среднего арифметического отклонения (11а) и микротвердости поверхности (Н|х).

3. Разработанная оригинальная схема настройки инструмента, на станках с ЧПУ позволяет с высокой точностью устанавливать величину заданного натяга (Ъ3), что способствует уменьшению возможности появления отклонений от заданных параметров качества поверхностного слоя.

4. Использование сигналов виброакустики, в качестве информационных, позволяет на стадии настройки станков определять возможность их применения для обеспечения заданного параметра Яа шероховатости поверхности.

По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ. Ее основные положения и результаты докладывались на: Всесоюзной научно - технической конференции «Износостойкость машин» в г. Брянске, 1991 г.; на Республиканской научно - технической конференции «Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин» в г. Кургане, 1991 г.; на 4-ой Международной школе "Расчет и управление надежностью больших механических систем" в г. Екатеринбурге, 1991 г.; на Международной научно -технической конференции «Проблемы повышения качества машин» в г. Брянске, 1994 г.; на Международной научно - технической конференции «Надежность механических систем», в г. Самаре, 1996 г.; на 6-ом Международном симпозиуме «Теория реальных передач зацеплением» в г. Кургане, 1997 г.; на 2-ой Международной научно - технической конференции «Износостойкость машин» в г. Брянске, 1996 г.; региональной научно - технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» в г. Тюмени, 1997 г.; на 3-ей Международной научно - технической конференции «Проблемы повышения качества промышленной продукции» в г. Брянске, 1998 г.; на Международной научно - технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» в г. Тюмени, 2000 г.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованных источников и приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. В результате выполненного комплекса теоретических и экспериментальных исследований доказано, что метод электроконтактного термоупрочнения сталей позволяет получать поверхностный слой, обладающий высокой твердостью и износостойкостью.

2. Обоснована возможность использования в качестве нового инструментального материала термоупрочненных сталей для рабочей части выгл аживате л ей.

3. Предложена система автоматического обеспечения заданного натяга, для токарных станков с числовым программным управлением.

4. Определена возможность оценки получения заданного параметра среднего арифметического отклонения профиля поверхности (Ыа) на стадии настройки станка с помощью сигналов виброакустики.

5. Выявлены связи режимов выглаживания с параметрами качества поверхностного слоя деталей из различных конструкционных материалов при обработке инструментами из минералокерамики и термоупрочненных сталей.

6. Определены группы конструкционных материалов, для которых рекомендуется эффективно использовать выглаживание инструментами из термоупрочненных сталей и минералокерамики.

7. Разработаны номограммы и алгоритмы назначения режимов выглаживания, позволяющие обеспечивать заданные параметры качества поверхностного слоя деталей в удобной для практического использования форме.

8. Отдельные материалы и рекомендации выполненных исследований приняты к внедрению в Акционерной компании «Корвет» (г.Курган) и используются в учебном процессе Курганского государственного университета при подготовке инженеров по специальности 120100 «Технология машиностроения».

1. A.c. 1650765 СССР, С 23 С 8/20, Способ обработки стальных изделий / Ю.Г.Гуревич, А.П.Кузьмичева, Д.Е.Дорфман, Н.Д.Багрецов и М.Д. Филинков Заявлено 14.12.88; Опубл. 23.05.91, Бюл. № 19.-е. 4.

2. Акустические способы определения износа инструмента и поломки инструмента. // Mariwaki Tochimichi Bull ,Yap."Soc Enq» 1988.- № 3 С. 154160.

3. Амелин Д.В., Рыморов E.B. Новые способы восстановления и упрочнения деталей машин электроконтактной наваркой. М.: Агропромиздат, 1987. -151с.

4. Артамонов В.А., Волков Ю.С., Дрожалова В.М. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. М.: Высш. школа, 1983. - 208с.

5. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей электромеханической обработкой. Л.: Машиностроение, 1977. - 184с.

6. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. М.: Машиностроение, 1978. -184с.

7. Баработько А.И., Переверзев В.М., Коротков В.Д. Повышение износостойкости чугунных притиров // Защитные покрытия на металлах: Сб. науч. трудов. Киев, 1975.-С. 152-154.

8. Барац Я.И. Теплофизические основы технологии финишной обработки деталей поверхностным пластическим деформированием: Дис. докт.техн.наук. Куйбышев, 1989. - 419с.

9. Барац Я.И. Измерение контактных температур при поверхностном пластическом деформировании // Вестник машиностроения. 1973. - № 4. -С. 56-58.

10. Ю.Башков Г.П. Выглаживание восстановленных деталей. М.: Машиностроение, 1979. - 80с.

11. П.Беккерт М., Клемм X. Способы металлографического травления: Справочник: -М.: Металлургия, 1988. 108с.

12. Буше И.А. Трение, износ и усталость в машинах. М.: Транспорт, 1987. -223с.

13. Ващуль X. Практическая металлография: методы изготовления образцов. -М.: Металлургия, 1988. 319с.

14. Гаркунов Д.Н. Триботехника: Учебник для студентов втузов. М.: Машиностроение, 1989.-328с.

15. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высш. школа. 1997. - 479с.

16. Голубец В.М., Пашечко М.И., Олексив Б.Я. Оценка износостойкости эвтектических покрытий // Физико-химическая миханика материалов, 1985. -№ 4-С. 41-44.

17. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989.-304с.

18. Гуревич Ю.Г., Мосталыгин Г.П., Марфицын В.В., Дорфман Д.Е. Износостойкость сталей после электроконтактного термоупрочнения // Износостойкость машин: тез. докл. Всесоюзн. научн. техн. конф. Брянск, 1991.-С. 93.

19. Дунин-Барковский И.В., Карташова А.Н. Измерение и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности. М.: Машиностроение, 1975. -230 с.

20. Евсин Е.А., Якимов A.B., Торбило В.М. Эффективность процесса скоростного алмазного выглаживания // Эффективность процессовмеханической обработки и качество поверхности деталей машин и приборов: Сб. науч. трудов. Киев, 1977-С. 31-34.

21. Ермаков Ю.М., Ершов A.A. Перспективы алмазного выглаживания. М.: НИИМАШ, 1984.-64 с.

22. Ершов A.A., Бейлин И.И. Влияние алмазного выглаживания на стабильность шероховатости обработанной поверхности: Сб. науч. трудов. М., 1979. - 52 с.

23. Жуков A.A., Сильман Г.И., Фролыдов М.С. Износостойкие отливки из комплексно-легированных белых чугунов.- М.: Машиностроение, 1984. -104 с.

24. Испытание материалов: Справочник / Под ред. А.Г Блюменаура. М.: Металлургия, 1979. - 52 с.

25. Качество машин: Справочник в 2т. Т1 / Под общ. ред. А.Г. Суслова М.: Машиностроение, 1995. - 256 с.

26. Качество машин: Справочник в 2т. Т2 / Под общ. ред. А.Г Суслова. М.: Машиностроение, 1995. - 430 с.

27. Кибальченко A.B. Применение метода акустической эмиссии в условиях гибких производственных систем. -М.: ВНИИТЭМР, 1986. 58 с.

28. Ковалев В.В. Методы оценки инвестиционных проектов. М.: Финансы и статистика, 1998. - 142 с.

29. Конструкционные материалы: Справочник / Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова М.: Машиностроение, 1990. - 638 с.

30. Костылев Ю.С., Лисицкий О.Г. Испытание продукции. М.: Изд-во стандартов, 1989. - 167 с.

31. Крагельский И.В., Добычин М.И., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 525 с.

32. Криштал М.А. Механизм диффузии в железных сплавах. М.: Металлургия, 1972.-400 с.

33. Лазерная и электроннолучевая обработка материалов: Справочник / Под ред. Н.И. Рыкалина -М.: Машиностроение, 1985. 495 с.

34. Лившиц Б.Г., Крапошин B.C., Липецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1980. - 320 с.

35. Лозинский М.Г. Промышленное применение индукционного нагрева. М.: Изд-во АН СССР, 1968. - 470 с.

36. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие М.: Высш. школа, 1982. - 224 с.

37. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. М.: Мир, 1983.-435 с.

38. Марфицын В.В. Обработка изделий инструментами из термоупрочненных сталей // Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин: Сб. науч. трудов. Курган, 1993. - С.20-22.

39. Марфицын В.В., Орлов В.Н., Давыдова М.В., Губанов В.Ф. Моделирование процесса выглаживания инструментом из термоупрочненной стали // Новыематериалы и технологии в машиностроении: Материалы Международной научн.-техн. конф. Тюмень, 2000. - С.90.

40. Марфицын В.В. Определение критического натяга при выглаживании // Новые материалы и технологии в машиностроении: Материалы Международной науч.-техн. конф. Тюмень, 2000. - С.91-92.

41. Математика и САПР. В 2-х кн. Кн.1. / Пер. с фр. М. Коснар, П. Шенен, И. Гардан, М.: Мир, 1988. - 204 с.

42. Математика и САПР: В 2-х кн. Кн.2. / Пер. с фр. П. Жермен-Лакур , П.Л. Жорж, Ф. Пистр , П. Безье -М.: Мир, 1989.-264 с.

43. Машиностроение. Энциклопедия. Надежность машин T1V3 / Под общ. ред. В.В. Клюева М.: Машиностроение1998. - 592 с.

44. Методы вычислений на ЭВМ: Справ, пособие / Под ред. В.В. Иванова -Киев: Наукова думка, 1986. 584 с.

45. Методы планирования и оптимизации физического эксперимента / Под ред. A.B. Белоцкого Киев: КПИ, 1980.-520 с.

46. Модифицирование и легирование поверхности лазерными ионными и электронными пучками. / Под ред. Дж.М.Поута. Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1987. - 424 с.

47. Мосталыгин А.Г., Кудрявцев И.В. О формировании поверхностного слоя деталей при выглаживании минералокерамическим инструментом // Теплофизика технологических процессов: Тез. докл. Всесоюзн. Научн.-техн. конф.-Волгоград, 1980.-С. 87-88.

48. Мосталыгин А.Г. Повышение износостойкости деталей // Машиностроитель 1980.-№ 12.-С. 31-32.

49. Мосталыгин Г.П., Марфицын В.В. Методика проведения исследований упрочняющей технологии в условиях автоматизированного производства // Проблемы повышения качества машин: Тез. докл. Международн. науч.-техн. конф. Брянск, 1994. - С. 120-121.

50. Мосталыгин Т.П., Марфицын В.В., Мосталыгин А.Г. Применение износостойких термоупрочненных сталей в процессе выглаживания // Износостойкость машин: Тез. докл. 2-ой Международной науч.-техн- конф. -Брянск, 1996.-С. 107-108.

51. Мосталыгин Т.П., Мосталыгин А.Г., Марфицын В.В. Повышение надежности получения требуемых качества и точности базовых поверхностей // Теория реальных передач зацеплением: Информ. материалы 6-го Международн. Симп. Курган, 1997. - С. 152-153.

52. Некрасов В.И. Многофакторный эксперимент. Планирование и обработка результатов: Учебн. Пособие. Курган, 1998. - 145 с.

53. Носач В.В. Решение задач аппроксимации машин с помощью персональных компьютеров. М.: МИКАП, 1994. - 382 с.

54. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. -М.: Машиностроение, 1985. -232 с.

55. Оценка точности результатов измерений: Пер. с нем. -М.: Энергоатомиздат, 1988.-88 с.

56. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. -М.: Машиностроение, 1978. 152 с.

57. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением / JI.A. Хворостухин , C.B. Шишкин , И.П. Ковалев и др. М.: Машиностроение, 1988.- 144 с.

58. Повышение несущей способности деталей машин алмазным выглаживанием / В.К. Яценко, Г.З. Зайцев, В.Ф. Притченко и др. М.: Машиностроение, 1985.-232 с.

59. Подураев В.Н., Барзов A.A., Горелов В.А. Технологичесая диагностика резания методом акустической эмиссии. М.: Машиностроение, 1988. - 56с.

60. Поллард Дж. Справочник по вычислительным методам статистики / Пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1982. - 344 с.

61. Промышленное применение лазеров / Под ред. Г.Кебнера. М.: Машиностроение, 1988. - 220 с.

62. Райнке Ф.Х. Структура и свойства чугуна после отбеливания поверхностным переплавом // Металловедение и термическая обработка металлов. 1989. - № 5. - С. 43-50.

63. Розенберг A.M., Розенберг O.A. Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания. Киев: Наукова думка, 1990. - 320 с.

64. Рыжов Э.В. Технологические методы повышения износостойкости деталей машин. Киев: Наукова думка, 1984. - 272 с.

65. Словарь-справочник по трению, износу и смазке деталей машин / В.Д. Зозуля, B.JI. Шведков, Д.Я. Ровинский и др. Киев: Наукова думка, 1990. -280 с.

66. Смазочные материалы: Справочник / В.М. Матвиевский, B.JI. Лахти, И.А. Буяновский и др. М.: Машиностроение, 1989. - 224 с.

67. Смелянский В.М. Исследование процесса алмазного выглаживания с жестким закреплением инструмента. Дис. канд.техн.наук. - Москва, 1969.-229 с.

68. Справочник по триботехнике в Зт. Т.1. Теоретические основы / Под общ. ред. М.И. Хебда, A.B. Чичинадзе М.: Машиностроение, 1989. - 400 с.

69. Справочник по триботехнике в Зт. Т.З. Триботехника антифрикционных сцепных устройств. Методы и средства триботехнических испытаний / Под общ. ред. М.И. Хебда, A.B. Чичинадзе -М.: Машиностроение, 1992. 730 с.

70. Сулима A.M., Щупов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М.: Машиностроение, 1988. -240 с.

71. Суслов А.Г., Улашкин А.П. Выбор упрочняюще-отделочных методов обработки для повышения износостойкости деталей машин // Справочник. Инженерный журнал. 1998. - № 7-8. - С. 15-20.

72. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей машин, технологической оснастки и инструментов // Справочник. Инженерный журнал. 1998. - №9. - С. 25-28.

73. Суслов А.Г. От технологического обеспечения эксплуатационных свойств к качеству машин // Трение и износ. 1997. - №3. - С. 311-320.

74. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение и повышение качества деталей. Разработка новых методов в обработке. // Справочник. Инженерный журнал. -М.: Машиностроение. 1998. - №1. - С. 9-13.

75. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. М.: Машиностроение, 1987. —208 с.

76. Тенденция развития конструкций инструментов для отделочно-упрочняющей обработки. / Сост. Ю.М. Ермаков, A.A. Ершов. М.: ВНИИТЭМР, 1987. - 44 с.

77. Технологические основы обеспечения качества машин. / Под общ. ред В.В. Клюева М.: Машиностроение, 1989. - 672 с.145

78. Технологические основы обеспечения качества машин / Под общ. ред. К.С. Колесникова, Г.Ф. Баландина, A.M. Дальского М.: Машиностроение, 1990. -250 с.

79. Торбило В.М. Алмазное выглаживание. М.: Машиностроение, 1972. - 104 с.

80. Турыгин A.M. Электрические измерения неэлектрических величин. Л.: Энергия, 1986.-690 с.

81. Холт Роберт, Барнес Сет. Планирование инвестиций. М.: Дело ЛТД, 1994. -118с.

82. Цыпин И.И. Белые износостойкие чугуны. Структура и свойства. М.: Металлургия, 1983. - 176 с.

83. Чепа П.А., Андрияшин В.А. Эксплуатационные свойства упрочненных деталей. Минск: Наука и техника, 1988. - 192 с.

84. Ящерицын П.И., Махаринский Е.И. Планирование эксперимента в машиностроении: Справочное пособие. Минск: Высш. школа, 1985. - 286 с.

85. Ceramic insiqht Softeninq future chock. // Tool and Products. 1989. № 11. - P. 66-70.