автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективность обработки и качества деталей с износостойкими покрытиями применением ротационного инструмента

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи ХЕЙФЕЦ Михаил Львович

уда 621,У.01/044-589.22

ГОВИШШЕ ЭИЕЮВНЭСТИ ОБРАБОТКИ И КАЧЕСТВА ДЕТАЛЕЙ С ИЗНОСОСТОЙКИМИ ПОКРЫТИЯМИ ПРИМЕНЕНИЕМ РОТАЩЖВДП) ИНСТРУМЕНТА

05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент 05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидат1 технических наук

Санкт-Петербург - 1992

Работа гчполнена в ордена Трудовога Красного Знамени Фипико-техническом институте АН Беларуси

Научный руководитель - кандидат технических наук,

ведущий научный сотрудник А.В.БОРИСЕНЮ

Социальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Ведущее предприятие - Белорусское республиканское научно-

производственное объединение "Комплекс"

Завита диссертации состоится 25 февраля 1ЗД2 г. в 16 часов на заседании специализированного совета Д 063.38.16. в Санкт-Петербургской государственном техническом университете по адресу: I9525I, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, I учебный корпус, аул* 41.

Отзывы на автореферат диссертации в 2-х экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по вюеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

И.Г.ЯАРЮВ,

кандидат технических наук, доцент

II.Г. КОРОТКИХ

Учений секретарь специализированного совета, кандидат технических неук, доцент

И.А.СЕНЧИЖ)

' ОБК;\Я ХАРАКТЕРИСТИКА Р/БОТН

Актуальность работы. Научно-технический прогресс па современной этапе вклячае? иахсккадыюо использование а разли«гных отраслях народного хозяйства ресур-cocßeperanoi« н безотходных технологий. Поддержание техники в работоспособна« состоянии требует упрочнения и восстановления деталей машин. Механичзскал аброботка ,ээаннзн, являясь частью технологического процесса,, опредслягздЯ точность и качество деталей, составляет 40-50<s'' от общей трудоемкости упрочнения и восстановления деталей«

Одним из методов, обеспечиьаввга по пиление эффективно стн. обработки, является ротационное резание5 применение которого для обработки деталей с износостойкими покрытиями определено разделом 2 теми "Ма?ерилл-30", выполняемой на основании Пэ-_ становления Президиума АН Беларуси от 16.12.80 г. ff 116, номер Госрегистрации 01890041012. Применение предварительного нагрева концентрированней потоками анергии, существенно по» вкваюсого производительность и расширятаего возмолиостъ ротационной обработки высокопрочных наплавок, позволяет создавать и внедрчть э народное хозяйство плазменные технологии а соответствии с договорами о сотрудничестве между Физико-техническим институтом АН Беларуси (ФТИ), Сзнкт-^тербургскш государственным техническим университетом (СГОГГУ) и Новополоцким политехническим институток (НИИ) SS2 (регистрационное номера ДТС 88/053, ДТС 405/01).

Цель работы. Разработка к исследование высокоэффективных технологических процессов ротационной обработки деталей с износостойкими покрытиями? использование предварительного плазменного, злектродуготого нагрев« для обработки высокопрочных покрытий и прИменет"* технологического тепла при совмещении операций нанесения и обработки покрытий, обеспечивающих повышение производительности, качества и износостойкости поверхностного слоя деталей.

О б и а в методика исследований. Работа выполнена с использованием фундаментальных положения теорий резания» колебаний, теплопроводности, упругости, на-

териаловедения, технологической и эксплуатационной наследственности и других разделов аналитической механики, физики твердого тела л технологии машиностроения.

Теоретические результаты работы подтверждены аналоговыми иоделямн и расчетами, проведенньми в ФШ.СПбГГУ,ИПИ, а также экспериментальными исследованиями, лабораторными и произвол-ственндаи испытаниями, выполненными с привлечением методик одно-, иногофа.чторного планироолмия и оптимизации экспериментов с использованием современной электронной измерительной и вонтрольно-регнетрирущей аппаратуры.

Обработка рлечэтньп и экспериментальных данных проводи-лвсь с применением методов теории вероятности и математической статистики на ЭШ.

Научная новизна состоит в:

- установлении особенностей механики ротационной обработки износостойких покрытий, в том числе при использовании предварительного нагрева концентрированными потоками энергии;

- описании динамической модели шпиндельного узла ротационного инструмента, модели тепловых процессов в режгоем элементе при обработке с нагревом и разработке на их основе дифференцированного подхода конструирования инструментов;

- исследовании износа и разрушения лезвия, определении критериев работоспособности инструмента в процессах ротационной обработки с нагревом различной интенсивности, оптимизации работы самоврашашихся и принудительно врадавдихся резцов;

- определении влияния технологических факторов плазменного, влсктродугоеого нагрова на параметры качества поверхностного слоя хромоникелешх порошковых наплавок и наплавок стольким легировонндаи проволоками в зависимости от их физико-механических и тепло^изических свойств.

На основании анализа результатов исследований разработаны способы и инструменты для обработки деталей с износостойкими покрытиями, получены положительные решения по заявкам на изобретения № 4712639/31-08 от 15.05.У0, » 461В581/08 от 25.12.90 и др.

Практическая ценность работы заключается о: 2

- полученнчх данных о силах, моментах и температурах при ротационной обработке износостойких ныплавзк хрэчоникелевчми порошками и стальными легированными проволоками;

- определении рациональных парачетроз и режимов эксплуатации ротационных инструментов при использовании источников плазменного и злектродугового нагрева;

- рекомендация пэ выбору оптичалиных режимов нагрева и резания нрпляпок порошками ДГ-СР4, 11Г-ЮН-01 и проволоками Нп-65Г, Нп-ЗОХГСА, позволявших повысить качество поверхностного слоя и увеличить производительность ротационной обработки

в 4...5 раз;

- осуществлении совмещения операция наплавки проволоки Нп-3'JXiCA с упрочняюше-размерной обработкой ротационными ся-мовраиаюшмися и принудительно вращавшимися резцами.

Реализация работы. Результата исследований внедрены на Лслоцкоч авторемонтном заводе (НШ "Агро-.машремонт") Госагропро.уа Беларуси, Вяземском заводе графитовых изделий (НШ "Соозуглерод") Млнцветые? СССР, Новополоцком заводе "Измеритель" Министерства общего машиностроения СССР с годовым экономическим эффектом 36,5 тыс. руб.

Ряд положений работы гнедрены в учебный процесс на кафедре "Металлорежущие станки и инструмент" з НПИ.

Апробация работа. Основные положения диссертации доложены и обсужденн на 20 международных, всесоюзных, межреспубликанских, республиканских, региональное научно-технических конференциях и семинарах в Москве, Санкт-Петербурге, Минске, Брянске, Волгограде, Ярославле и др.; заседаниях Отдела физики механических процессов ФГИ, кафедры "Технология конструкционных материалов" СП5ГТУ, проблемного совета по разработке технологических процессов НПИ в К37-1У91 гг.

Публикации". По результатам диссертации опубликовано более 30 печатных.работ и получено 3 положительных решения по. заявкам на изобретения.

Структурами обгем работы. Диссертация состоит из введения,-7 глав, общих выводов, заключения, сшска литературы и' приложений. Содержит 150 страниц машинописного текста, 18 таблиц, 38 рисунков, список литературы, в клочащий 215 наименований, и 8 прил^-кенай.

(ВДЕВШИЕ РАБОТЫ

Во введении на основании современных тенденций развития масиностроенн.. обоснована актуальность работы.

В первой главе рассмотрены покрытия, наведшие пирокое применение для восстановления дзталей машин, изучены способа упрочнения деталей покрытиями и проанализированы методы механической обработки износостойких покрытий.

Анализ показал, что ни одни из известных способов лезвийной, абразивной обработки, а том числе инструментами из ал-йаза, КНБ и других СШ не пэсиол/ от с^фэкттано обработает?» протяженные поверхности, ¿»проеденные износостойкими покрытиями со значительной тояпиной дефектного поверхностного слоя, содержапего трошины, поры, включения, иакрснеровиости.

Применение инструмента с дополнительной степенью свободы режущего лезвия, которое получает вращение под действием сил резания и трения, позволяет снижать пиковые нагрузки при ротационной обработке износостойких покрытий. Использования ротационного инструмента а сочетании с предварительным нагревом срезаемого слоя концрнтрированндаи потоками энергия для временного снижения прочности обрчбатываемых покрытий расширяет технологические возможности метода за счет обработки высокопрочных наплавок.

В развитие методов ротационного резания значительный вклад снесли работа отечествениы>: и зарубежных ученых В.Ф.Боброва, А.В.Борисенко, Я.к.Гика, В.А.Земллнсхого, Д.Е.Иерусалимского, Л.И.Каглрина, Е.Г.Коновалоаа, И.С.Кушнера, М.Ф.Пащхеви-чз, Б.А.Сидоренко, А.В.Соуся, В.И.Ходырева, Г.Ф.йатурова, П»й.йкерицьиа, С.^ари, А.Бруно, Л.К.Венуеайнода, В.Деглора, С.Касзй, А.Командури, Дк.Редди, Р.Ы.Томаса, Ц.К.Шоу и др.

Решении проблема гювавения скйдзхтн-зности процессов оеза-имя посредством воздейстзия концантрироеаяишя потоками она-ртии на обрабатываемый материал посвящена работы ученых А.А.Аэакоаа, Н.В.Дилигвнсяого, Н.Н.Зореза, В.Д.Кузнацрза, 1:1 Л.Ларина, Т.Н.Лоладзз, В.Г»Любимом, А.Д.Макароаа, В.Н.Ио-дураэза8 А.Н.Резникова, 11„Н.Ракалина, Н.В.Талантова, А.А.Уг-лоза5 В.В>1!£цхадэг8 У3А,Шатэрина, Ф.Я.ЯкутЗоеа, Э.Т.Аыстрон'» 4

га, М.Е.Мерчанта и др.

Отсутствие комплексного научно обоснованного подхода к ротационной обработке деталей с износостойкими покрытиями и оптимизации качества поверхностного слоя посла механической обработки в сочетании с воздействием концентрированными потоками энергии исключает возможность установления сложной природы взаимосвязи протекающих при обработка физических процессов п затрудняет проведение поиска рациональных условий целенаправленного воздействия плазменного, электродуго-зого нагреэа и ротационного резяння, обеспечивавших пооызо-ниэ эффективности обработки и качества деталей с износостойким покрытиями.

Для .достижения указанной цели быяя поставлеш следукяют задач!!:

1. Исследовать механику тогациэмноА обработки износостойки» покрытий, з том числе при использовании различных источников предварительного нагрева.

2. Разработать динаиичегвд» модель шпиндельного узла ротационного инструмента.

3. Исследовать температурные поля при ротационной обработке с предварительным нагреяом срезаемого слоя.

4. Разработать модель тепловых щюцессоа в режуяем элементе ротационного инструмента.

5. Исследовать износ и разрушение лезвия, определить критерии рас^тоспособности инструмента при ротационной обработке с кагре8ом различной интенсивности.

6. На основании моделей динамических и тепловых лроцеееоп разработать методы конструирования ротационного инструмента.

7. Разработать рекомендации по оптимальным реадам&у нагро-ва и резания наплавок хромоникелездаи порошками и легированными проволоками.

8. Определить влияние технологических факторов плазменного, электродугового нагрева и ротационного резания на качество поверхностного слоя износостойких покрытий,

9. Разработать и внедрить процессы ротационной обработка с нагревом плазменной дугой и технолопгозским теплом наплпэ-ки при совмещении операций нанесения ;« обработки понргггай.

Во второй главе изложены экспериментальные я теоретические иссг. дования механики ротационной обработки износостойких покрытий.

Изучение кинематики, динамики и стружкообразовшия пока-аало, что при ротационной обработке необходимо учитывать не только главную составляшуп Рх , не и боковую составляющую Рх силы резания, а также рассматривав их взаимодействие I ^ Ц ), описыватаееся моментом ротационного резания:

Мш'СМхгЯЫмВгй,

где С - коэффициент пропорциональности между составляющей силы резания и перемещением режущего лезвия под действием и в направлении этой соствляжшей, постоянный для данных условий обработки; -Ц02 так для стали 45: Мр а V , ^ .4/5 для покрытия порошком ИГ-ЮН-01: I О и .

В соответствии с этим предложено описывать состояние 8 зоне резания параметрами, характеризующими напряжения: эффективное^ , услсвноеб^.и временнэе сопротивление^ , не участке единичной длины в направлениях: главного движения Ъ"~6Х, перемещения режущей кромки Ьр-б^и с учетом вращения - моментом реэанияМр-0хг(табл. I).

Тяб;ица I

Напряженное состояние в зоне резания

Параметры напряжений при обработке Обычным Ротационмм инструментом

б б, б* бхжбжбж

Эффективное Р*/$гке

Условное б*- ъ/$г Р*/$ ПсП М*х№

Временное сопротивление е бе+бг а а рж Мхж ке

вШе+И щм $гмг

где к(,.к< ' коэффициенты продольной и поперечной усадки стружки соответственно.

Полученные реэ.льтаты позволили оптимизировать обработку ротационным инструментам по динамическим показателям: силе резания^, работе резания Ар и удельной работе резания Ау (та*.л. 2).

Таблица 2

Оптимизация работы ротационного инструмента

Критерии оптимизации Кинематический коэффициент При обработке

черновой чистовой

Динамические о. ML * dip 0,65 0,75

Ap-fodLp .1,51 3,96

А « МхгЪи 2 SJ^r Vv+xr, ft-irniimftcosfimulsmf K/q}'(SUm}MSfeC0SjiMSulSiflyJ)/y) 0,90 1,51 0,76 3,96

Тепловые itit, к-*. 4u)pStG7? Mmi W, LHaiccos(1-t/R) 0,15 0,001

где Ьр- путь резания} {¡I - угол контакта резца с обрабатываемой деталью; Ш - угол разворота оси резца относительно $ , уЗ - угол наклона плоскости режущей кромки относительно 1г .

Данные по механике обработки износостойких покрытий позволили получить динамическую модель шпиндельного узла ротационного инструмента (рис. Iх в виде системы дифференциальных уравнений Лагранжа второго рода в матричной форме для обобщенных: масс/ГЬ' и координат О* :

где К - патрица кинетической,П - матрица потенциальной энергии механической системы, а котэрнх Л » < ,

Рис. I. Расчетная схема динамической модели шпиндельного узле ротационного инструиенго

конструк-тирнче раом*рк,£ - модуль упругости, р - плотность материале, й , В , 60 , О^ , бос ~ обобщенные координаты и /Лс./Л^.Ш^ - приведенные массы кпиндол/г; Я - радиус и М -шсса реяупего элемента; К , кд, Нос" коэффициенты гост-кости консоли и опор.

Частоты и)/и формы 01 собственных колебаний шпинделя роте* рюнного инструмента ^ожо определять по собственнда та ель» /¿(•я собственным векторам Ш иптрипн /СП:

К*' П-

\>е

'го тС те о &С2\А 14 о IС А в о

т.

О 0 о б

где

соотношения конеруктиеннх размеров;

С-Шс(&гР<?йМг, {г'косЯ'рЕсЦ/тхпц,

А^т^/егИщ^ел^р^ттуги

- параметры, описывающие распределение нагрузок на конооли и опорах.

Откуда частоты:

и фор*н собственных колебаний: А* о+8А(т}-6вт,

А тС(&-Л0-тСА ' 8 тЫВ-Ад-тСА'

коэффициенты жесткости/Г; консоли и опор шпинделя (табл. 3).

Таблица 3

Частотч, формы собственных колебаний и соответствувдиа им соотношения коэ£фициентов жесткости

0),= 0,370 кГц 1,545 кГц (6(,= 1,925 кГц

Л ВА «в Л & ¿а Л &

3,131 I з.еьв I ■-2,817 2,698 -1,268

I •г 0 ьЫ 3 0

11607 44ГЙ 1*07 7?. 1У 4У0У £29 267

I 2 0 N. У 0

0 '---

ЧУ [>11- —

Расчеты, проведенные по динамической модели ипиндельного Л'зла, подтверждают результаты, полученные о <Ш на сиброиз-ыерительном комплексе фирмы "НРГ", и показывают, что высоко- ■ частотные колебания при обработка являются результатом суперпозиции собственных" основных колебаний ротацгэнного инструмента, прячем соотношения частот и форм радиальных и особых колебаний не связана между собой, а взаимозависимы га абсолютные значения и амачнудц.

Б третьей главе представлены экспериментальные и теоретические исследования тепловых процессов ротационной обработки износостойких покрытий с предварителыгы* нагревом.

Изучение тепловых полай технологической зоны и изменений, которые вносят в кинематику, длнежзку, стружкообразоьаняе предварительна нагрев среззечого слоя, показало, что рациональные температуры в зоне резания достигают 700...8Ш°С (так длл газопламенного покрытия ПГ-ЮН-01 - 4СЭ.. .700°С, а для плазменного Ш-СР4 - 500., .ЭОО°С). Это приводит к падании временного сопротивлен"я в результате снижения сос-тавллотшх сила резания ГЦ пЩна 10.. .20? и резкого падения коэффициента усадим струям Длина и ширина контакта стружки с парадней поварп^п ч инструмента увеличивается о £...3 раза, «то приводят и эманьвешт контактных напряжений на рабочих поверхностям лсземя.

Подученные результаты позволили оптимизировать обработку ротационным инстп лентой пр! предварительном нагреве срезаемого слоя по теюпфазичосяш показател ч (табл. 2): расстоянию между редуюей шотруманта и источником нагрева Ь , = ®р - соотношению градиентов температур у разеущай кромки резца и детали, соотношения их коэффициентов температуропроводности и критериям Пекле-Ре, ^Урьв -Ро I Био.-Ви

Данные по теплофизике обработки с предваритель яда нагревом позволили подучить модель тегтовых процессов э режущем елементэ ротациокюго инстяумента. Модель описывает накопознав тепла режущим элементом ы 200...о00°С с учетом его размера з и $армы & виде дифференциальных уравнений теплопровод-10

ности для случая нестационарной двумерной задачи с граничны-и'| условиями пергого рода, решения которых через Еесселевы функции^ и-теплофизкческие критерииFo ,ßt представлены в работах A.B.JIukodo. Высокотемпературный Harpes до 700... —е00°С, сконцентрированный у режупей кротки, вызванный быстрым перемещением лезвия инструмента, представлен в модели по методу источников теплоты, описанному в работах А.Н.Резникова через функцию интеграла вероятности Гаусса и критерий Ре. .

Расчеты, проведенное по модели тепловых процзссоэ, подтверждают результаты, полученные моделированием на RC-сетке с Самарском, Тсльяттинскоч, Новополоцком политехнических институтах, и деют возможность определить тепловое поле в ре-яупем элементе (рис. 2,а) и вреил стабилизации температуры в начальная момент работ« (I...3 секупли).

Рис. 2. Тепловое поле (а) и поле напряжений (с) в реяущем лезвии ротационного инструмента при обработке с ивгревом

В четвертой главе исследованы износ и разрушение лезвия, определены критерии работоспособности инструмента в процессах ротационной обработки с нагревом ряз-якчной интенсивности.

Изучение хрупкого разрушения лезвия инструмента на основании теории упругости по методу М.Хетеньи с использованием функций напряжений Эри позволило описать поле напряжений в режущем клине (рис. 2,6) и определить точки и линии опасных напряжений. Для проверки прочности материала использовался универсальный критерий Кулона-Мора в зависимости от температуры нагрева при различных значениях коэффициента

X-6U6;: ,--

б,« '((-х)(бх+бу)/2чьхт£б//^т4,

W 6t,6; - напряжения предельные для инструментального материала при одноосном растяжении и сжатии соответственно; 6х<(5у - нормальные и*Сжу- касательные напряжения.

Исследования тепловых полей и полей напряжения а режущау клине (рис. 2), а также стойхостные испытания твердосплавного инструмента при ротационной обработке, в том числе с предварительном алазменнш нагревом, дали возможность определить критерий работоспособности, как величину максимального допустимого износа по задней поверхности инструмента k*i.

При ротационной обработке конструкционных сталей и наплавок стальники легированнъми проволоками (Нп-ЭОХГСЛ, Нп-65Г) допустимая величина износа Дм» 0,3 мм. В процессе дальнейшей работы с увеличением износа размер источника теплорчде-ления на задней поверхности инструмента достигает величины проникновения высокой температуры от быстродЕкзущегося по передней поверхности источника (рис. 2,а). В результате этой температурной суперпозиции повышаются амплитуды термических циклов, что приводит к образованию термэусталлстных трешин.

Использование предварительного нагрева снижает амплитуды термических циклов вследствие повнкения температуры на 100...Й)00С в результате накопления тепла режутеР пластиной в первые секунды работы. Допусче-е/П износ при pro« доггиг.-х?1-величины tin- 0,7 мм, пргв^'рцие кэтогой оопт>ор )»лп£гс<т 12

растением нагрузки, что приводит к образованию опасной точки на задней поверхности и сколу рекущего лезвия по линии, поло-яоние которой определяется нагрузкой, приложенной к передней поверхности инструмента (рис. 2,6).

При ротационной обработке высокопрочных хромоникелевых порошковых наплавок ГПГ-иН-ОГ, ПГ-СРЗ, ПГ-СР4) твердостььз до 54...58 НБС износ происходит в результате интенсивного микроротралгияания режущей кромки вследствие высокой концентрации нагрузки на калнх длине ко"такта стрикки с передней поверхностью инструмента и величине износа'по задней позерх-иости/1и|= 0,15 . Уоеличение износа приводит к сколу рвжу-шего лезвия по псей зоне ансоких напряжений.

Использование предварительного нагрева увеличиваем длину контакта стружкл по передней поверхности о 2...3 раза и снижает контактные напряжения на рабочих поверхностях реяущего клина. Допустимая аелиаина износа достигает ,7 да, а

разрушение инструмента происходит (рис. 2,6) в результате потери прочности режупим лезвием.

Исследования показали, что предварительный плчзменнцй гза— грев срезаемого слоя целесообразен при обработке покрытий твердостью сбышь 45.. .50 НЕСЭ и повышает стойтос-ь ротоцаон^ но го инструмента при обработке наплавок стальными легированными проеолокача в 2...2,5 роза, при обработке хромоникеле-сш порсшкойж напловок в 4...5 раз п раслиряет технологические со зчо л (ости метода за счет обработки покрытий твердость» 58...63 Ш?СЭ. .

В пятой главе списаны особенности констатирования и эксплуатации инструмента к дчя ротационной обработки износостойких покрытий, о точ числе при использовании предварительного плазменного, электродугового нагрева я сов-иедеикя операций наплавки с упрочлетяге-размэрной обработай ротттяомныни резцами.

1Ь результатам исследований «..ханит и тепло$"иэиха процесса предложен ряд сппообоп обработки ротационным инструментом с нагревом срезагчзго слоя: при разделении припуска, при использовании инструмента с учороченноЧ задний попертно-сть=о, при подаче 03 ТС э зону обработки розтрм и при исполь-

13

аовании зчутрскнего охлаждения инструмента даухфазньм теплоносителей в термосифонах м тепловых трубах.

На основании моделей динамики шпиндельного узла и тепловых Процессов в режущей пластине разработан дифференцированный подход при проектировании ротационного инструмента, согласно которому компоновочная схема рьзца (табл. 3) выбирается в зависимости не только от способа, но и от условий обработки: черновой (I), почучистовой (2), чисг. ;вой (3), для различных обрабатываемых материалов и покротий (табл. 3). Оп и-мизация конструкций шпиндельных узлов ротационных инструментов проведена на основе их амплитудно-частотных характеристик.

В соответствии с дофференцироваинш подходом для разнообразных условий обработки с нагревом плазменньм, электродуго-вш( источниками различной интенсивности рекомендованы схемы ротационного резания, конструкции инструментов, углы установки резцов и углы заточки режущего лезвия, повьгащив качество поверхностного слоя м производительность обработки.

В шестой главе на основании использования методов математической статистики и многофакторного ЦШП (центрального коыгозицлэнного рототабельного униформ-пла} I-рованмя) экспериментов представлено изучение качества поверхностного слся деталей, упрочненные износостойкими покрытиями после ротационной обработки с нагревом источниками различной интенсивности.

В главе исслздзэаяись показатель стабильности процесса ротационной обработки К - кинематический коэффициен. 8 гтсп-луатацнонные параметры качества, достаточно полно характеризующие износостойкость упрочняющих покрытийгвпц*- шар волны поперечной шероховатости, Яа - среднеарифметическое отклонение профиля, НРСЭ - твердость,^.- степень упрочнения поверхностного слоя в зависимости от основные технологических факторов процессов нагрева и резания:3 - интенсивности плазменного, електродатового нагрева, I* - расстояния от пятна нагрева на поверхности детали да режущей хромки ротационного гез-да, З-скороМИ йбдачиДУ- скорости главного движения и С -глуйиин ре я амия. Г^рв^яческор представление зависимостей па-14

аметров качества от технологических Факторю (рис. 3) было получено л уравнения:* регрессии ллпчошыэ одномерных сечений. Исследование параметров качества позволила установить, . ч;о влилние технологических факторов при обработке хрсмэни-колевых порошковых наплавок с низким коэ<ЭДЬицие.н£.)Ч теплопроводности Л - д. ..10 Вт/и К в поГ(так' убнэзния их пнячкмосл»

К

от

(¡т оръ

сцяо

0,525

уют

ч

мм

(»■

1,00-ЦК-0,50425-

О ■

(2)

/?а, мкн

/Э,0

«Р

що ХУ

56 &

О

(3)

щ

65,0-Ш-

Що

55,0 52Л

(*)

л

150 о

1

5

]Н л

3

V 8 0 №120 0 А

К &пц мм № На, мкм що- щ $5,0- Л г % 1 щ

(25- Ъ* 62,5-

0,600 1,00- (0,0^ 60,0- £25-

15- 0--

Ц550- 0,50- $0- 55,0-

ОД« V 525

(1) 0 ^ (2) 0-1 (3) 5Ц9* (5) &

(5) ¥/50 60 70 <¡¡9 % Щ

Г л •

3*

!■

Рис.

3. Кинематический коэффициент К (I) и параметры качества поверхностного слоя$туу'2>.Лв (3). НШ (4) (5Ьпок-

)гических факторов»; (а),

штия '"■Г-СР4 ч зависимости от технолог Мб), 5 (в), V (г)

мокко расположить ч ряд;тЬ (для плазменного покривил ПГ-СР4). Со снижением ¿интенсивности плазменной дуги для предохранении от высоких температур, котопьг.: сопутствует ус-кор!^шое растворение боридов и кчрбидоз »¿'-твррдом растворе никеля, влияние нагрева падает: (для газопламек-

кого покрытия ПГ-ЮН-01). При обработке наплавок стальньадн легироеаннкмч проволоками с высоким коэффициентом теплопроводности .Я- = 35...40 Вт/м.К факторы можно расположить р ряа: (для вибродугозой наплавки Нч-65Г).

Шдученкыэ результаты показали, что с увеличением теплопроводности обрабатываемого покрытия усиливается влияние расстояния до источника нагрева и ослабляется интенсивность и время теплового воздействия на поверхностный слой о результате позшения роли' процессов накопления тепла деталью.

Оптимизация процессов ротационной обработки износостойких покрытий ПГ-СР4, ПГ-ЮН-01, Нп-65Г с плазменным нагревом грз-эаемого слоя (табл. 4) проводилась для технологических факторов 0 , ,3 ,1? ,Ъ по обобщенной функции желательности Харрингтока, учитывающей комплекс параметроо качества:§ллг> На, НЕСЦД1 и К. Оптимизация процесса упрочняюще-размерной обработки ротационный резцом, совмещенной с наплавкой проволоки Нп-ЗОХГСЛ (табл. 4), приводилась по расстоянию от источник» нагрева' до реяуией кроим: резца для геометрических параметров качестваЗлш, Яй.

Тг Згаца 4

Оптшальные параметры качества повзгосностного слоя износостойких покрытий:при ротационной обработке с нагревом

Покрытия Технологически з фактора Параметры качества

■д .'А- ■ц мм в, об/мин Ум/с мм И РМ На, МИ' Н5С, О А1, %

ЛГ-СР4 ш 65 0,28 3,0 0,15 0,64 0,66 3,2 61,5 г',9

ПГ-ЮН-01 ' 80 65 0,52 5,2 0,15 0,69 1,14 5,4 57,5 3,2

Нп-65Г/: 50 25 0,39 2,7 0,23 0,77 1,16 7,7 53,5 3,*!

ЙП-39Х1СА 120 35 4,00 0,01 1.Т0 0,65 3 8 - -

Результаты, полученные на основании статистической обработки, показндаот, что предварительный плазменный электродуговой нагрев срезаемого слоя позволяет повысить производительность ротационной обработки в 4...5 раз, на чистовых и получистовых операциях получить упрзаденке поверхностного слоя на 30...40 НУ на глубине 100... 150 мкм.

В седьмой главе приведен расчет технико-экономических показателей при использовании предварительного плазменного нагрева для ротсдионноЯ обработки износостойких покрытий. На один токзрио-вингорезкый станок при ус-

нормально!) па грузки (Из ~ 0,7) и двухсменной родимо Сот годовой экономический составит 12 тыс. рублей.

Установлено, тго технологические гтрэчгссы ротационной обработки гильа цилиндров двигателей ГАЗ-51 из титаючедистога чугуна с отбеленные слоем, электродов и втулок и^ графита марки ^3, распределительных валов двигателей ЭЛ-53, совмв-яенной с наплавкой проволокой Нп-ЗОХГСА, внедренные на ряде предприятий, дао? экономический эффчкг 36,5 тыс. руб. в год.

В заключении на основании сравнения результатов, полученных при исследовании ротационной обработки с нагревом концйнтрирээанньии потоками энергии и традиционных методов обработка, предложены кинематические, динам:,чеекке критерии самоорганизации и константы обрабатываемого материала, рекомендованы пути повышения аффекти ности процессов резания труднообрабатываема материалов и покрытий.

С позиции совместных действий механических и тепловых процессов, происходящих а обрабатызаеыом материале и инструменте, на основания сииергетяческаго подхода к системе инструмент - •гехиолэглческал среда - деталь целесообразно: I) интенсифицировать механическую обработку цвленалравленнш воздействием на зоны контакта и деформации б обрабатываемо!» материале и иистпумр'нтв; 2) поздействоэауь на зону струяхоой-разования со сгорэнн срезаемого с ;оя в наиболее удаленных от контактных площадок местах концом трнрозаннши потоками олор-гм«5 3} использовать инструмента с дополнительной степеньо слободы ре-тушего лелзия: самозатачуоащиесл абразпзныз и лз-ээийнне, с упругими и демпфмруэдими элементами, самоврашаи-

17

щиеся ротационные и другие; 4) сочетать преимущества скоростного и силового резания, оптимизируя соотношения составляющих режима резания, увеличением подачи инструмента до значений, сопоставимых со скоростью главного движения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОД

1. Предложены комбинированные процессы, повьглаюшие эффективность обработки износостойких покрытий за счет применения инструментов о дополнительной степенью свободы режущего лезвия и использовали- предварительного нагрева срезаемого слоя концентрированными источникам'" энергии, такими как плазменная, электрическая дуга, а также технологическое тепло при совмещении операций нанесение покрытий и размерно-упрочняо-оей ротационной обработки для снижения временного сопротивления бв высокопрочных покрытий.

2. Получены кинематические, динамические и теплофизичес-кие зависимости временного сопротивления^ , эффективных бе и условных б>1гпараметров напряжений, удельной Луи интегральной Ар работы резания от силы Рр-и момзнта Мр, критериев Рби р0 при ротационной обработке, позволяющие с позиций самоорганизации термомеханических процессов в зоне резаная и снижения энергоемкости обработки оптимизировать движения режущего лезвия ротационного инструмента.

3. Рассмотрена математическая модель технологической системы, установлено, что по жесткости и виброустойчивости работоспособность системы ограничивает шпиндельный узел, а по прочности режущее лезвие ротационного инструмента. Показано, что предварительный нагрев срезаемого слоя концентрированными источниками энергии, сглазка и охлаждение ротационного инструмента, оптимизация конструкций огчастти, шпиндельного узла и режущего лезвия, выбор рациональных режимов резания и нагрева повышают работоспособность системы, обеспечивают высокую эффективность обработки деталей с износостойкими покрытиями.

4. Предложена методика проектирования комбинированной обработки, позволявшая с позиции совместных действий механиче-18

ских и тепловых процессов определить тип источника нагрева, методы смазки и охлаждения в зависимости от периодов стабилизации температурных полей в режушом элементе, выбрать схемы установки и компоновки, конструкции шпиндельных узлов на основе амплитудо-частотннх характеристик радиальных и осевых колебаний ротационных инструментов для черновой, получистовой и чистовой обработки различных материалов и покрытий.

5. Выявлено, что предварительный нагрев срезаемого слоя изменяет гшды стружкообразованил ч контактных процессов на рабочих поверхностях ротационного инструмента. Теоретически и экспериментально установлено, что износ и разрушение твердо-сплавного режушэго лезвия в результате хрупкого пыкраши-вания к термоустялостного растрескивания при обработка с на-гревчч рациональной, интенсивности устрлнлптся, а стойкость инструмента определяется прочностью режущего лезг.ия.

6. Получены зависимости параметров качества поверхностного слоя хромоникелевых порошковых покрытий и нахпазок стальными легированными проволоками от реяимои нагрева и ротационного резания, поэяолясшие на основе многофактсшой оптимизации с позиций самоорганизации термомеханических процессов определить рациональные режимы комбинированной обработки. Показано, что с повышением теплопроводности покрытия возрастает влияние процессов накопления тепла детьльо.

7. Обоснована необходимость применения предварительного плазменного нагрева срезаемого слоя при ротационной обработке высокопрочных наплавок твердостью 56...63 НйСд, под веря-дена целесообразность предварительного нагрева износостойких покрытий твердостью сгышэ 45...50 НГ\СЭ для повышения производительности ротационной обработки чаплаяок стальными легированными проволоками в 2...2,5 раза, хромоникелевых порошковых покрытий в 4...5 раз.

В. На рациональных режимах ротационного резания с плазменным нагревом получены поверх« зтя с шагом волны поперечной шероховатости Зщу/0,7 мм, среднеарифметическим отклонением профиля Яй 3 мкм при упрочнении поверхностного слоя на 35 НУ на глубине до 150 мкч, без яямегных изменений структуры наплавленного покрытия.

9. ГодоваЯ экономический эффект от внедрения ка ряди предприятий технологических процессов ротационной обработки деталей из труднообрабатываемых материалов к с износостойкими высокопрочными покрытиями - 36,5 тыс. руб.

Содеркан'ле диссертации опубликовано более чек в оО печатных работах, основные из которых:

1. Гшерицын П.И., Борисенко А.В., Хейфец И.Л. Жесткость н виброустойчивость шпиндельного узла ротационного инструмента. -Известия АН БССР. Сер.физ.-техн.наук, I&S0, № I. - С. Пб.

2. Борисенко А.В., Хейфец М.Л. Динамика разрушения реху« иего клина в процессе износа инструмента. - Известия АН БССР. Сор. физ.-техн. наук, IS90, № 1. - С. 117.

3. Кохуро .".1!., Иедко B.C., Хейфец М.Л. Характеристики качества поверхности высокопрочных наплавок при ротационном резании с плазменным нагревом. - Известия вузов. Машиностроение, 1590, If 6. - С. IQ6-III.

4. Borisenfco A..V. ,Popoic li.Ii. ,KL.iifet3 ЕМ. ТЪе Combined Methods oi Prictional Parts «id Uhlts Surfaces Forming // Proceedings of the International Sinposium on the Trlbology of Friction Materinla. - Yaroslavl', I99I.-vol.II,pp.333-343.

§• KheifetsW.L. Ways of Increasing Efficiency of Processes Forming Surfaces of Friction // Proceedings of the International Sidiposiim on tho Tribology of Friction Materials. - Yaroslavl, 1991, vol. II, pp. 344-349.

6. Борисенко A.B., Данилов Б.А., ХейфецМ.Л. Совершенствование конструкций шпиндельных узлов ротационных резцов. -.Станки и инструмент, 1992, Jp I. - С.4-7,

7. Ядзртт П. И., Борисенко А.В., Хе11йец М.Л, Синзргетк-ческяй подход к процзссам резаная металлов. - Известия АН Беларуси. Сер. фаз.-техн. наук, 1992, ¡1 I. -С„

8. Ящзрицын П.И,, Борноанко А.В., Попок К.П., Хейфац МЛ, Комбинированный метод обработки ротационнг\? инструментом е нагревом срезавшго слоя. - Доклады АН Беларуси^ 1992, %

С