автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности технологических процессов обработки деталей сложного профиля из труднообрабатываемых материалов

РГБ Oß

V fc CfcH ''•--•XflPKIBCbKHH ЛЕРЙЙВНИЙ ПОЛ1ТЕХН1ЧНИИ УН1ВЕРСИТЕТ

На правах рукопису

Щроиниченко Юрiñ Викторович

П1ДВЩЕННЯ ЕФЕКТИВН0СТ1 ТЕХНОЛОГIЧНИХ ПР0ЦЕС1В 0БР05КЙ- ДЕТАЛЕЙ СКЛАДНОГО ПРОФЫЙ 3 ВА8К00БР0БНИХ МЙТЕР1АЛ1В

Спец1альн1сть 05.02.08 - Технология мапшнобудування

Автореферат дисертани на здобуття наукового ступеня

кандидата техн1чних наук

XapKÍB - 1494

Дисертащя е рукогшс.

Робота виконана на кафедр! "Неталор1зальн1 верстати та ¡нстрименти " Донбасько!" державно!' м.эаинобуд1БНо'1 зкадемП.

Науковий кер1вник: доктор техк1чних наук, професор ■Инов'кв Никола 1ванович

0ф1ц1йН1 оппоненти: доктор техн1чних наук, професор Новшович Олександр Якович кандидат техн1чних наук, доцент Кряков В г ктор Костянтинович

Пров1дка орпэшзац!л: Старокраматорський машинобуд1вний завод

Захист В1дбцдеты.'я И34 р. о '¿Ягодин! на

5'1<: 1 даннI .:пец1ал1зовано\" вченоТ ради Л 02.03.01 Харк1вського державного пол1техн1чного университету за адресов-. ■310002, и.Харк1в, вул.Фрунзе 21.

3 дисертащею мокна ознайомитися в б1бл1отец1 Харк1вського державного пол1техн1чного университету

йв.тчрнферат роз 1сланий "р.

Вчений секретар .¿аец1ал1зовано'1 ради

Чзунян М.Д.

- 3 -

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

У сучасних машинах та приладах знаходять пристосування дета л! складного проФ!лю з важкообробних материал!в, як! дозволять знизити трудом!ск!сть складання механазмгв та машин. п!двн-шити !х над!йн1сть та експлутатяк! якост!. Оянак трудношь як! виникактгь при виготовлен! деталей складного профа лю. перешкод-жають 1х широкому вжитку, примушуть до пошуку шлях!в та метод!в п!двищення еФективност1 технолог!чного проиесу 1х виготовлення. розробки нових-засоб!в управления технолог!сю обробки. розшрення технологичных можливостей устаткування та р!жучого !нструменту.

Актуальн!сть розробки наукових основ технолог!! обробки деталей складного проФ!лю з важкообробних матер!ал!в обумовлена констрУкц!йними особливостями деталей тэ п1двшекими ¡Мзико-меха-ничними характеристиками м!иж>ст! та зносост!якост! конструч-ц!иннх матер!ал!в.

ЛостЮне намагання зменьшити матергалом!стк!сть вироб!в приводить до зниження жорсткоста тэ в!брост!йкост1 деталей у проиеса обробки. складн!сть коней гураш! деталей викликае неравном!рн! пружн! деФормацП у пронес! р!зання та погр!шност! обробки. У цих умовах особливу актуальтст.;. набувэють технолог!!, заснован! на методах, забеспечуючкх продуктиен!сть, точн1сть та лк1сгъ оз-роблено! поверхт.

Важлив!сть та недостатне вивчення проблеми ефективно! обробки деталей „складного про(Млю визначили в!б!р предмета иого дос-Л1дження.

Щль робота. ГЦдвищення мектиеност! технолог!чних проиес1в виготовлення деталей складного проФ!лю за рахунок застосування комб!новано! технолог!'! зм!шення !нструмент!ь. забеспечуючии стаб!льн!сть проиесу обробки. тлвишення продукт; 1рност! та якост! поверхового шару.

Теоретичн! доелздження проводились на баз! наукових основ технолог!! машинобудування. тэор!'! р^эання метал!».., теорП тертя та зносу. теарП управл1ння технолог!чними проиесами. основ теплофизики механ1чно'! обробки. теор! 1 !мов1рностз та мэтематнчно! статистики.

Екслермменталън! дослшкення проводились на основ! розробл^-них автором та стандартних методик, як! базукггься ка широкому за-

стбсуванн! теорП активного експерименту та статастичних !спит1в.

Лостов1ри1сть теоретичних та експер1ментальных доел1д!в п!дтвержуеться результатами досл!дно-промислово! перев!рки та впровадження у виробництво.

Автор захищае теоретичш та експеримента^ьн1 розробоки:

- методику проектування технолог!чного проиесу обробки деталей складоного профилю на баз1 пристосування ефектавних засоб!в технолог!чного забеспечення;

- комплекс результат!в теоретичних та експер!ментальних дослав по розробц1 технолог!1 эм!цнення методами висококонцеитро-ваного ком6!нованого впливу плазменними та 1онними пучками на по-верхню 1нструменту;

- методику оптим1заШ1 параметр!в р!зання та якост1 поверхо-вого шару ф!шшно! обробки;

-результата досл1д!в технолог!чних засоб!в управл!ння точ-н!стю та якгстю у проиес! обробки деталей складного профилю.

Наукова новизна дисертацГ! складеться в тому, но розроблен! загальн! приншши управл!ння технолог! чними параметрами обробки деталей складного профилю, як! базукггьея на:

- науково обгрунтованмх шляхах та методах тлвшвиия еФек-тивност! технолог!! обробки деталей складного проФ!лю. предбачаю-чих пристосування !нструмента з новою комб!нованою технололог!ею зм!цнення та технолог!чних ре:«им!в обробки. забезпечуючих продук-ц!йн!сть, точн!сть та як!сть обробляемо"! поверхн!.

- технолог!чному прошса п!дготовки поверхн! р!жучого !нст-румента п1д нанесення покритгя, забезлечуючому п!двищення Р1жучих властивостей !нструмента з покриттяы у процес! його експлуатаШ!.

- технолог!чному процес1 зм!цнення !нструмента в*лючаючому нанесення вакуумно-плазменного покритгя з наступним высэкоконцен-трованим впливом !онними пучками азоту.

- новоу засоб! контролю якост1 комб!нованого покритгя, за-снованому на метод! акустачно'1 ем!с11, встанавлюючому взасмозв'я-зок м!ж стуктурно-фазовим складом покриття' та його праиездатн!стю.

- математичних моделях управл1ння технолог!чними параметрами обробки деталей складного проФ!лю !нструментом з комб!нованим зм1 цненням.

Практична ц!нн!сть робота.

1. Розроблена та впроваджена у виробнитво технолог!я обробки деталей складного профилю забеспечуюча стаб!лън!сть проиесу обра-

бки, п1двищення продуктивноет!. точност! та якоеп оброблено1 по-верхн!.

2. Розроблена комб!нована технология зм!цнення !нструмента, яка включае технолог!*) п1дготовки перед нанесениям покритгя, нэ-нанесення вакуумно-плазменного покриття з . н!тр!ду титана з на-ступним модиФ!куванням поверхн! 1онами азоту.

3. Запропонована та реал1зована у виробництво методика контролю якост1 адгез!1 зносост!йкого покриття.

4. Узагальнен! математачн! залежност1 визначення та оц!нки вих1дних параметр!в режиму резания, точност1 та якост1 поверкн! для обробки деталей складного проФ1лю 1нструментом з комб1нова-ним покритгям.

5.Запропонований зас1б управл!ння точн!стю та як1стю обробки деталей складно! конФ!гурат! на универсальному обладнанн! та верстатах % ИПУ.

Геализац!я результатов робота.

1.РекомендаиП по п1двишенню ефективност! обробки деталей складного проФ!лю впроваджен! на машнобуд!вному завод! "Молн!я" С ы. МоскваЗ. Приладобуд!вному завод! С м. Златоуст-Зб Челяб!нсько1 облает!) та HBO 1 м.Фрунзе См.СумиЗ.

2. Методич! розробки використовукггъся у учбовому процес! на кафедр! "Металор!зальщ верстата та !нструменти" Лонбасько! державно! машинобуд!вно! академИ при навчанн! студент!в спец!ально-стей 12.01 та 12.02 по курсам "Спец!алый технолог!! та устатку-вання основного та допом1жного виробництва" то "Технология ! ав-томаггизаШя !нетрументального виробництва".

3. Р1чний економ!чний еФект в!д часткового впровадження результат! в робота складае 57187 карбованц!в у ц1нах 1990 року.

АпробаЩя- робота. Основн! положения та результата робота до-пов!дались та обговорювались на наукових ceMiнарах кафедр "Мета-лор^залът верстати та !нструменти". "Технолог!я машинобудування" Донбасько1 державно! машинобуд!вно! акадеы!! у 1990-1993р. р.: Уральск1й зональн!й науково-техн!чн1й конФеренцИ "Шдвишення ефективност! та р!вня використання верстатав з ЮТУ, ПР та ГВС", м. Свердловеък. 1990 р.: Ррспублiканск1й науково-практичн!й конфере-HUi'i "Технолог1чне ni дашення над1пност! та довгов!чност! деталей машин та !нструмент!в". м. Ерянськ. 19S0 р.. конФеренц!! "Ресур-coc6epiraKHi технолог!! у механоерладальному виробнцтв!.. м. Дн1-пропетровськ. 1990 р.: Науково-техн!чному сем!нар! "Технолог!чн!

штодн п1двишення ефектмвност! та якост1 механоскладального виро-бництва", м. Домбай, 1992 р.: науков1й конФеренцП "Нов1 техноло-гхчн1 процеси у мехатчн!й обробц!", м. Одеса. 1992 р.: науко-во-техтчному сем!нар1 "Шдвшяення ефективност! та якост! механоскладального виробництва", м. €впатор1Я, 1993 р.

ПуЯлик-япП - Пп тем! длсертацП опубл!ковано 20 роб! т.

Структура та пбг-яг плПпт». Лиггетггап1я складаетъся э в ступу. п'яти глав, заключения та рекомендации списка л1тератури та додатку. М! стать: {39 стор1нок машинописного текста, Ь'9. малкн-ка. 2<3 таблиц, на!менуваннъ викормстованих джерел та додаггка на стор!нках. Загальний обсяг робота 0Л етор!нок.

Основний зм1ст робота.

Всхуп. Обоснована актуальн!сть робота, викладена и стукту-ра. показана наукова та практична ц!нн!сть. а також викладен1 ос-новн1 положения, як! виносяться до захисту.

Перша глава присвячена анализу сучасного стану досл1джуе-мо! проблеми та формуванню задач. р!шення яких необидно для до-стагання поставлено! шл1 досл1д:кеннь.

На основ! анал!зу роб!т в!тчизняних та заруб1жних вчених у областях точност! механ!чно! обробки, стану поверхового шару та його впливу на eкcплyaтaцjйнi властавост! деталей машин, перспек-тавних технолог!чних метод1в та засоб1в текноло Очного оснашення заданих параметр!в. техн\>лог1чного управл!ння иими параметрами, технологи обробки деталей складного проф!лю з урахуванням вс!е! структур» технолог!чного процесу, встановлено. шо практично в!тсутн1 засоби управл!ння прочесами лезв!йно'1 обробки деталей складного проФ!лю э великими поверхнями р!зання на ун!версалъно-му обладнанн!, забеспечуюч1 устойчив!сть процесу обробки та ос-новн! принцип» максимального використання працездатност! р!жучо-го инструменту.

Точн1сть розм!р!в та геометрично! фррми обробляемих складно-(Ьасонних поверхнь у значн!й м!р1 залежить в1д величини контактного тиску та р1вня застосованих режим1в р!эання.

Погр!шн1сть обробки залежить в!д колевань величини вгджат!й. як! викликак/гься зм!ненням жорсткост! технолог! чно'1 система вер-стат-!нструмент-деталь СВ1Л). В1дпов1дно з цим для досягнення ви-соко1 точност! обробки необх1дно забеспечити пост!йтстъ величини

в!джагг!я або виклхыити його. Останне може бути яостягнуте при по-ст1йност1 контактного тиску або при збереженн! nocTifiHocri р1вня режим1в р!зання..

При розгляд! питанъ Ф!н!шно1 обробки необидно в1дкитито. що п1д впливом перем1ннин систематичних погр!шностей, зв'язаних з зносом та затуплениям р^жушого шструменту, а також з нагр!вом елемент1в технолог!чно! системи BIЛ. у npoueci обробки деталей складного проф1лю з великою поверннею р!зання виникае зм!щення положения поля допуску розс!шання розм!р!в складнопроФ!льних по-верхнь усереден1 поля допуску.

Менан1зм обробки деталей складного проФ1лю на ун!версалъно-му об ладная 1 мае сво! особливост1, 1 тому э багаггьох технолог!ч-них Фактор! в. як1 визначакггь сумарну погр1шн1сть. особливе значения набувакггь розм!рно-силов! фактори. як1 впливахлъ на точности! та якоспи характеристики обробляемих деталей.

На основ! проведеного анализу с-Формулъован! задач! доел!д-ження:

- теоретичне забеспечення п!двищення над!йност1 технологи обробки деталей складного проф!лю з важкобробних матер!ал!в за рахунок використання iHCTpyменту з комб!нованим покриттям:

- експериментальна перев1рка теоретичних положенъ впливу iH-струменту з покриттям на р!вень параметр!в р!зання, продуктив-н!сть, точн1сть та як1стъ обробки:

- розробка рекомендаи1й по управл1нню точн!стю та aKicno обробки складнофасонних поверхнь з урахуванням взаемного впливу розм1рно-еилових фактор!в:

- узагальнення одержаних результатов теоретичних та експери-ментальних доел1дженъ та впровадження ix у виробництво.

Друга глава присвячена розробц! та досл!дженню комб!новано1 технологи, яка включаюе технолог!чну операц1ю п!дготовки твердо-сплавнин пластин перед нанесениям покриття. операцП нанесення покриття TIN у комб!нац11 з !онно-!мплантац1йною модифакашею зм!цнено! поверхн! !днами азот;,' та контролю якост1 зм!цнення.

Проведено анал!з сучасних метод1в змацненя р!жучого !нстру-менту, на основ! якого розроблено клас!Ф!катор метод!в зм!инення. базухшйся на двох принципово р1зних напрямках у розроби! метод! в зм!цнення р!жущих !нструмент!в. Lie створення пл!вковии покрмть на робочих поверхнях !нструменту та об'емне зм!цнення iнструменту як у приповерхових шарах, так ! по усьому об'ему iHCTpyмента.

Запропонований клас!Ф1катор служить базою для розробки основ автоматизовано1 !нформац!йно-пошуково1 системы А1ПС "Технолог".

3 р!зних вар!ант1в Сзасоб!в) практично! реал! зад! 1 метод!в зм!инення рекомендована та розроблена технолог!на схема зм!инен-ня. яка влючае монопокриття TiN з наступним висококониентрованим впливом на поверхю ioHñMn азоту.

3 ц1лъю 1зучення впливу Ф!зико-механ!чних властивостей осно-вч (засобв niдготовки поверяй! пластини) на як1сть покриття, ос-новним показником якого являеться адгез!йна м!цтсть, були проведен! спец!альн! досл1ди.

Адгез!йну м!цн1сть оц!нювали шляхом pericTpauil !мпулъс!в акустично! eMicil CAE), з'вязаних з утворенням tpíiuíh у покрит-тях, при вплив! алмазного iHflSHTOpa. Як основн! показники адгез!-йно! м!шост! принят! в1дношення числа !мпулъс!в АЕ при нагрузш ПЛаСТИНИ ДО ЧИСЛа !мпульс!в при РОЗГРУШ С Кото), В1ДНОС'Не p03cí-кеання числа !мпулъс!в АЕ при нагрузи! та розгрузщ С KoetiduicH-та вар!ац!'!), а також роспоя1л числа i мп улье i в АЕ при нагрузи! та розгрузщ пластини. 1

Були проведен! досл1ди шести парт!й пластин марки ВК8 с р!з-ними засобами п!дготовки поверхн! перед нанесениям sHococTiftKoro покриття. Результата 1спит!в приведен! у,табл.i та на мал.1.

Таблица 1.

Результата досл!д!в pi3uis з покриттям при píshhx засобах п!дготовки поверхн! гяжучих пластин

1 1 N i Зас!б п!дготовки|Шерохо- К!льк!сть KoetbiuieHT i ■ i i No 1 1

1пар 1ват!сть !мпульс!в. Bapiauii к!л. K=— IKcx 1

поверхн! 1!сходно! MiMn. 1мпульс1в Vn. NH 1 1

1поверх- 1 1 1

IH!, Harp, i Розгр. Harp. 1 Розгр. 1 1

1 Ra i Nh. ¡ No. i 1 1 i i

I 1 Bh'8+дов. -t-TiN 1 ! 0.25 1 80561 8678 0.42 0.39 1 1 1.0711.471

1 ^ ВК8+Д0В. +B0+T1N 1 0,20 52401 5539 0.46 0.49 1.0511.661

1 3 ВК8+П0Л. +TiN 1 0.012 40511 5400 0.66 0.68 1.3311.1 1

1 4 ВК8+ТЮЛ. +BO+HN 1 0.025 7401 850 0,59 0.52 1.1511.351

1 5 ВК8+Ш1. КЗ+TiN 1 0.55 86001 10800 0,69 0,67 1.2611.121

1 6 i ВК8+ШЛ. КЗ+BO+Ti N! 0,30 i 85101 Q250 i 0,53 0.50 i 1.0711,371 i i

Встановлено. шо зас!б п1дготовки р1жучих пластин перед нане-покриття учиняс суттевий вплив на характеристики 1нструменту.

(5 //

{Ч ■ 1,4

V 0

V ',2

Кс-г Котел.

МеталограФ1чн1 та рен-геноструктурн! дослали твердосплавних пластин

3 ПОКРИТТЯМ, ЯЮ прой-

шли попередню доводку у поеднанн! з в1брооб-■разивною обробкою. по-.роказали, шо цей зас!б тдготовки поверхн! 1н-струменту, забеспечую-ч1й найб1лъш стабз.лън1 ф1зико-мехатчн1 влас-тивост1 знососпйкого

Мал. 1 Вплив якост! тдготовки пластин на покритгя. При цьому адгез!йну м1цтсть С13 та чост1йк1стьС 2) забеспечуеться гаранто-Ссталь 12Х18НЭТ. '/=110 м/кз . : 3=0,20мм/об: ване тдвищення ст!кос-1=0,25мм, р!зець ВКЗ+ПЮ

т1 1нструменту. зниження антенснвност! отказов у начальний момент процесу р!зання, суттеве зменъшення дол1 викришеннь та поломок, покращання якост! обробляемих поверхнь та якост! покриття за ра-хунок п!двищення мацносгI адгез1йного з'вязку покриття з основою 1нструменту.

Разроблений технолог!чний прочее п1дготовки поверхн! !нстру-менту п!д покриття, який включав в себе доводку у поеднуванн! з в!брообразивною обробкою. дозволяв рекомендовати його для ваку-умно-плазменних метод!в нанесення покритть.

3 урахуванням деф1.штност1 яеяких тугоплавких метал 1 в. для проведения дослав була вибрана комб1нована технолог1чна схема зм!цнення твердосплавних пластин методом 1 онно-плазменного покриття з н1тр1ду,титана з наступною 1онною модиФикац1ею зм1цнено1 поверят.

На основ1 диаграм Фазового р1вноваження та виходячи з можли-воеп побудови процес-ом 1мплантац11 у приповерховому шар! високо-м^цних фаз. були обрам: наступи! легуюч! шни: азот (N""0. водень

CH+D.

I онну !мплантац!ю обраэи1в проводили на 1онному прискорквач! " В1 та" i онами it*. Досл!дження стану поверхового шару зд1йснювали при режимам ioHHol !мпланташ1: доза D= 10l5. ..101а ioh/см^, енер-г1я Б=30___чО Кев. плотн1сть ioHHoro току 1=10 - 100 мкА/см'-.

Остановлено. що при режимах D= 2*1017 iOH/cws Е=30.. 40Кев. 1=50мкА/см~ выдзначаеться максимально значения мгкротвердост! по-BepxHi. Lie зв'язано з з01льшенням числа рад1ашйних деФект1в кри-сталХчно! peuiinai. плотност! дислокашй та твердорозчинним эм1и-ненням.

Анал1з розпсд!л!в атомник концетраШй елемент1в показав, то при 1онн1й 1ыплантац11 М+ максимум концентрац!! С20ат%3 спостер1-гасться на глибин! ЮСА - 150А. з поступовим 11 зменьшенням до ноля на глибин1 750А.

Ветаноалено. шс 1ониий пот!к приводить до часткового розли-лу MiKPOHepiBHOCTe« та зменьшенню 1х висоти ». при icxoflHin вис-OTi

30... 0.23 мкм, п!сля 11 "J" Р.л=0.24... 0.20мкм).

Досл1ди показали, шо при ipHHiti !мллантацИ, внасл!док структурно—назови х перетворень cnocTepiгаеться зб!льшення параметр1в кристал1чно1 реш!тки та формування эалишкових напру г стис-кування (150...250 МПаЗ.

У ccSoTi досл!джено вплив процесу 1бнно! ьчпланташ! на по-казники jHoc'OCTiiiKOCTi модиФ1ковано! поверхн!. Естановлено. що 1мпланташя 1 онами азоту поверхн! зраэк1в, niдвишуе величину нор-мальних контактних напруг. Lie пояснюеться протыканиям у поверхо-вому mapi дифуз1йного nepei оспод!лу. обушвлюючого riepexifi твер-дорозчиненого азоту з утворенням у м1сиях скопленнь дислокац!й та на м1жфазних кордонах ультрам!лкодисперсних високомШних прешпи-тагг!в Fe4N. Лосл!ди показали також, шо величина м!иност! адгез!й-них зв'язк!в зм&ньшуеться по м!р! зменшення дози У насл!док з п!двищенням дози показник сум!сност! Св!дношення величин» м!ц-ност! адгез1йних зв'язк!в до величины нормального контактного на-пруженняЗ при TepTi зменьшуеться. задироет!йк!стъ поверхн! п!дв.и-щустъся.

У зв'язку з оптимальним сполученням Ф1зико-х!м!чного та структурно-Фазового становища поверхового шару покриття. технолог1-чност! одеержання icriia азоту при НшлантацП. рекомендована тех-полог!я змаинення. яка ьключае у себе доводку у еполучвнт з Bi6-роооразивною обробкою, монопокриття TiN з наступною iOHHOic мо-

диф!кац!ею зм1цнено1 поверхн1.

Песев1рка працездатност! 1 нструменту з комб1нованим покрит-тям дозволила встановити анал1тичну залежтсть мьж допуском на об-робку, точн1стью та яопуетимим розм1рним знос-ом:

ЬоэС 1 - 1н) 5

13 [ - +■ Ьэн ]

Ьг- 100

П - - = -^

б 10 СО.45 0.001 От)5/10'-6'

где Ьг- - рад1альний зное 1нструмента. ыкы: б - допуск на розм4р, мкм: 13т - еередтй д1аметр 1нтервалу: к- квалитет.

Анал1з залежност1 11) пока- ц, I-1-1— -1 с,

зуе, то технологична над11Чн1сть |н/мм;- I „ Т л1мм

системы при чистсв!й обробц! ! деталей складного проФ1лю виз-начаеться рйзм1рною ст!йк!стю д 3 I 1нструмента та 1нтенсивн1стю I

0,6 [

ом

такой? точнхетю

0,1

яого зносу, а обробки.

Розроблена номограма, дозво-воляе по завданим диаметру обробки та квалитету встанов-лшати допустимый зное 1н -струменту та довжини шляху р1-зання. стутнь точност! обробки без зам1ни або тдналадки 1нструменту 1 встановити зв'я- I зок режим! в з точтетю обробки. ^ Т Третя глава присвячена

60 80 . Ю0 120

а) V, м/

1 * I и/ мм^- Г

1,0 | 500 Н

лосл1Дженню мехатзма зносу та теплового становиша !нструмен-та з покриттям, розробои1 ана-л!тичних эалежностей для визна-чення основных характеристик оптимального Р1зання при обробц! деталей складного проФ1лю !нструментом з комсинованим покриттям.

Анал1з результатов досл!-

0,4 \

0,2 Г

I

во юо Щ,

о) V. м-

хв

Мал. 2 Еплив швидкост1 Р1зання на основн! елементи механики пронесу точ1ння С сталь Х18Н9Т.1x3=0.25x0.20 разець ВКЗ+Ш^Ы-")

д!в контактних прочее!в при точ1нн! нержав!ючо! стал! 1Х18Н9Т !нструыентсм з комб1нованим покриттям дозволив встановити ос-нйвн1 заюоном!рност! ьпливу складу покриття на пластичну дефор-мац!ю та контакта! характеристики проиесу р!зання.

Остановлено С мал. 2}, ио зносост!йке покриття п!двищуе г:п! тт.-— н1сть 1нструментальнсгэ матер! ал у дифуз1Г:ному розчину у обробляе-мому. у наел1док чого суттево знижусться оп1р пластичному сдвигу, що приводить до зростання кута сдвигу, зменьшення коеф!ц!ент1в деформацЦ, зниження р1вня енергП, що затрачуеться на процес дпформування стружки.

Досл!ди показали, що крив! с/гг^ГС 'Л та с|'п=ГСУ), виражаючи залежн!сть нормальних нагрузок на поверхнях 1нструменту в1д швид-кост1 р!зання, мають харакггерн! точки максимума при швидкостях р1-зання, в!^Пий!даючих м1нгмуму !нтенсивност1 зносу р!жучога шс-трумента.

Залежн1сть середк!х коейЛтентИв те-ртя на псверхнях гнстгу-мента в!д швидкост! р!зання у.1 - ГС V? и -ГСУЗ маютъ немонотонной характер з точками м!н!мума на оптимальних швидкостях р!зан-ня.

Уд!льна робота стружкообразування Ос з п!двищенням швидкост1 р1зання зменьшуеться прим!рно у р!вному ступен!.

Теплоье становище 1нструменту з покрпттям ои!нювали на основ! теплоФ!зичного анализу та результат:в експер!ментальных доел! д:кеннь.

Встановлено, що зага.:ьна к!льк!сть теплота, яка вид!ляеться при чистовому точ!нш стал! 1Х18Н9Т анструыентом с покриттям при ус!х р!вних уювах, нижче ч1м при обробц! !нструментом б»? пок-ритя.

Анал1тичний розрахунок потужност! теплових джерел на перед-н!й та задн!й поверхнях. тедлових поток!в та контактних температур при р!закн! 1 нетрументом з покриттям п 1 лтвердили правилън1сть вис-новк!в деяких досл!дник1в про зам1тний перероспод!л теплових дже-рел у зон! р1зання !нетрументом з покриттям.

Естзновл&но, цо з5:ль^уеться х!льк1стг тепла, яке в!дводить-ся з! стружкою, зменьшуеться теплов! потоки у деталь та 1нстру-мент. Пег£роспод!л теплота р!зання м!ж заготовкою та Инструментом е основною причиною покращення обробляемост! р!занням та зниження температурних леЗормаиШ деталей, обробляемих Инструментом з пок-

риттям, що у свою чергу п!двишуе як1сть оброблено! поверхт.

Отримана емпер!чна залежтсть температур» р!зання ь1д режи-м!в р!эаш1я:

Е = 554УО. 252*50.154^0.03? (2)

Еизначення законом!рност1 зносу инструмента з покриттям у эалежност! в!д режим! в р! зання та анших зовтштх ушв проводилось на основ1 ст!йк1стних дослгджень. Як показник. характер!зуючий зно-шетсть !нструмента, прийнято зное по задн1й поверхн!. 1нтенснв-н1сть зносу оц1нквалась величиною в!дносного поверхового зносу.

Анал!з експер1ментальних Е. г даних С мал.33 показуе. що зале- мв! жтсть !нтенсивност! зносу тве- ^ рдосплавного !нструменту з по- ¿д криттям в!д швидкост! р1зання носить немонотонний характер, рактер. М1н!мум величини Ьоз спостер!гасться при робот! на оптимальних швидкостях р!зання \'о, р!вень яких залежить в!д конкретних зовн!шн!х умов'Собро-бляемого та !нструментального матер!алу. глибини р1зання. подач! та !н.). Оптимальним швид-/)о/, костям р!зання для р!зного пере-^ тину зр!зу в!дпов!дае одна й таж " пост!Яна температура контакте. ПЪст!йн1сть оптимально! темпе-ратури р!зання Сконтакту) при застосуванн! !нструменту з покриттям. встановлене у цьому до- 20 сл!дженн1, можна розглянути. як один з насл!дк!в. шо витакае з в!домого положения про' постай-шеть оптимально1 температури контакту. Наукове значения вказанного насл!дку складаеться у тому. шо на його основ! иля-хом п!ддержання постайност! оптимально! температури р!зан-

Ю I

80 90 ЮО НО

V. м/хв

'•'ал.З Залежтсть середньо! температури контакту!. ЕЗ, шляха р!з^ння1Ь. та поверхового в!днос-ного зносу в!д швидкост! рм зання (. •-■таль 1Х18НЭТ, р1зеиь ВК8+ п,\М;-М

Таблиця 2

Материал летал! та iHCTpyмента

Вид р1вняння

Сталь Ш8Н9Т piзет. BKS+TiN

ГТараметричт р1вняння 28 0,275

Vo=- : hoao=--С 33

su, 41 s 0,32

ОС E3=554*V". из? ( 43

0,25

piseub BK8+TifJ+N

Vo=-

Поэ="

С 53

ф, 38

Сплав б= ЭООМПа р!зець T15K6+T1N

12,66

Ь, 5

Vo

по30="

С 63

s".-4«

Ьоз=10^. ö-.'iiigv+i. ^saaigs+i, uzjLgt-

-},4UU * SU, SUXUfö-ü, lt4.i * t-1-yü<Jö (73

1=10-1, yöU7wy-1, itaÜöigV-U.ÖÖÖligS_U,14Igt+

7V.J4*s-U, ölöülgS-O, D4¿SlgL-U, Ö4Ö1* *L-U, Ií7;r.'igt-1, UXÍ74 f 83

С 93

Сталь 1Х18НЭТ

pisçub ВКЗ+TiN \

Р!вняння сумарно! !нтенсивност! зносу 1нструмента з покриттям

fx=hon=0,14+0,023COSX-0.0055cos2x-0.004ccis3x г0. Û5cos4x-0. 033cosí«-h3. 0012cos6x+0. 007sinx+ чО. C08Giri2:-:+0. 013sin3x+U. U14siri4x+a 001sin5x

С103

fx=hon=0,077+0.027CÜSX+0.012cos2x+0.12cos3x-- 0.019cos4x+0.0035cos5x+Ü.0027cos6x + + O,0265sinx+0,016sin2x+0.0012sin3x + +0. 013siri4x +0.0075s i ri5x С 113

ня за рахунок зм!ни швидкоот!. ».южна виконувати процес р1зання у оптамальнйму режим! !нструментом з покриттям при робот! з р!зними комб1нац!ями елемент1в перетину зр!зу, а оптимальн! швидкост! pi-зання можуть бути легко знайдет лише на основ! короткочасних температурных icnuTis.

Для отримання узагальнених залежностей придатних для визна-чення параметр!в оптимально! обробки 1нструментом з покриттям деталей складного проФ!лю з! сплав!в з р1зними Ф!зико-механ1чними властивостями при d!эиих сполученнях елементав режима р!зання був викормстаний метод математичного планування експерименту.

Реализац1я план!в другого порядка та центрального компози-шйного ротатабельного плану С №=16, по=2, з=1,682) дозволила от-римати аналгтичн! залежност! OCE)=f(V,S,t), ^lgl=fCV.S,t3. napa-метричн! р!вняння Vo. ho3 та р!вняння сумарно! !нтенсивност1 зно-су iнструмента з покриттям (табл.23.

Таким чином, для групп сплав1в та резнях умов обробки инструментом з покриттям на основ! вивчення функциональных зв'язк!в м!:к параметрами лроиесу р1зання з ьикористанням положения про пост!й-н!сть оптимально! температури р!зання отриман! узагальнен! анал!-тичн! залежност! для визначення характеристик оптимально! обробки деталей складного проФ!лю без додаткових стКтстних досл1джень.

У четверт!й глав! викладенi анал1тичн! розрахунки та експе-р!ментальн! дослхди технолог!чних засоЫв управления точности та як!спо обробки деталей складно1 конФигураш!, заснован! на зм1н! режим!в р!зання та стаб!л;зац!1 деформаШй технолог!чно! с-истеми.

На першому eTani провелено анал!тичний розрахунок та ouiHKa iнтенсивност! зносу р1жучого Нструмента з покриттям при оброби! сфер!чно! поверхн! з пост1йною частотою обертання шп!нделя С п= constJ та постхйною швидк1стю р!зання по ус!й обробляем!й поверх-н! СV= const).

Розрахункове равняння середньо! величини выносного поверхово-го зносу мае вигляд:

L

Ч

О'

I

Ьопсо=--aVH;; - аУн'-С- ) - ЬУн'Н

1 -

1- С-) 4- С ] db

ь

Ь

аУн'- - — Vh - С (И

-10 -

де honcD - середня величина выносного эносу:

а. в, с - пост!йн! коеФ!ц!енти, залежн1 в1д умов р1зання: Vh - начальна С максимальна) швидк!сть р!зання на еква-тор1 детал1, м/хв:

L - довжина шляха р!эання за один прохад 1нструмента, м: 1 - текуща довжина шляха р!зання. м. Анал1з рывняння С12) показав, то середн1й в1дносний поверхо-вий зное при точ1нн! ейерично! поверхн1 з n=const не залежить в1д диаметра обробляемо! поверхн1 1 визначаеться величиною начально! швидкост1 р!зання.

Залежн!сть honco=f(V) носить екстремальний характер, то дозволило визначити при як1й начальн1й швидкост! в1дносний поверно-вий зное м!н1мальний:

dhoncD 4 л» Ь

--= - aVH - - = О

dVH 3 4

3fl-b

VH =Vho= --

16a

m jfi.p-

honeomin = honeoo = — С

123 a

При обробш 3 V=const:

dhon

-= 2aVo - b = 0

dV

b

Vo= — С15)

2a

tfi

hono= - - +• С (16)

4a . '

Гкдовнюючи рхвяння (13). С14) з (15), (16) ьачим. шо начальна швидк!сть р!зання та середтй Biдносний зное оптимального режима при Theorist б!льш в1дпов1дно оптимально! швидкост! р!зання та оптимального вадносного зносу при V=const.

Лля Пйр1вняння величин выносного зносу при pi3Hnx режимах

(13)

(14)

обробки начальну швидк!сть VH у piBHSHHi С12) эам!няемо екв!валентною по часу пост!йною швидк1стю р!зання '/екв - яка визнача-с-ться по Формул!:

Ji-D^- 4п» S 2

VeKB =--- - = - - Vh = С. 637Vh С17)

2*5* Ю-4 Л * D Л

П!сля подстановки С17) у р!вняння (12) одержим:

9 9

31

honco = - а Чжв^ - - Ь» Уэкв + С С18)

б 3

¡Остановлено, шо у диапазон! оптимальних швидкостея р!зання середя iHTeHcuBHicTb зносу при ri=const перевишуе !нтенсивн!сть зносу при обробц! з V-const. При робот! з V* V0 Lie перевишення зб!льшуеться, а при робот! з Vt \'а - змеьшуеться.

На другому етап! у результат! доел!д!в якост! поверхового шару встановлен! залежност! впливу виду точ!ння С з V= const, та n=const) на основн! характеристики якост! поверхового шару.

Показано, шо при T04iHHi сФерично1 поверхн! з n=const на шероховат! сть Rz суттсвий вплив учиняе диаметр обробки t як Фактор. зм1нюючий швидк!сть р1зання) та зное !нструмента. При робот! з V=const шероховат!сть практично пост!йна по ycift поверхн1. Наименьше значения шероховатост! i Rs=4, бмкм) cnocTepiгалось при робот! з Vo= const (мал. 4).

Зм!на глубини he та ступ!ню наклепа N по сферично1 поверхн1 при точенн! зг>= const носить екстремальний характер з точкою Mi-Hi муки при диаметр! в1дпов!даючому оптималътй по !нтенсивност1 зносу швидкост! р!зання. Зм!на ж залишкоаих напружень при n=const носить складний характер.

Сум1сний анал!з одержаних даних по !нтенс-ивност! зносу !нст-румента показав, шо точка стаб!л1заш1 6т ь1ппов1пае оптимальному значению швидкост! разання.

При робот! с V=const cnpc-Tepiгаеться м!тмальне значения he та N i максимальна стаб!льн!сть бттах у пор!внянн! з точ1нням де-лей на р1зннх швидкостях р>1зання.

Таким чином, обрюбка с-феричних поверхнь з V= const забеспечуе зниження розм!рного зносу 1нструмента у пор!внянн1 з обрюбкою при

n»tonst у. 1,5 - 2рази: при ро6от1 з V0= const спостер!гастъся м1-. н1мум iHTeHCMBHocTi po3MipHoro зноса i нструмента hon. глубини та ступен! наклепу та висоти м!к-

бтгп£1Х.

кг/мм2

ронер! вностей оброблено'1 поверхн!, стаб!л!зушъся залиш-ков! напруження: праиездат -н!сть обробки при точ1нн! з V= const ni свищуетъся у 1.5 рази у пор!внянн1 з n=const: ви-конення обробки деталей типу "оболонка" з пост!йною швид -Klcno рДзання с важливиы резервом п!двищення pci3MipHol cTiflKOCTi iнструмента, точнос-т!. та'якост1 обробки. У результат! опттизацП лро-цесу обробки деталей складно! конф!rypaui1 одержан! залеж-ност!. як! адекватно описують екпер!ментальн! дат.

И/, X ¿г 26 24

мм

Мал.4 Вплив диаметра обробки на характеристики якост! поверхового шару Ср!зець 715K6+T1N: txS=0.25x0.14) о -Vo=65m/xb =const: ■ -п=160об/хв : а -V =30м/хв = const: а. -п-1000об/хв: о -V =100м/хв =const: • -п=100об/хв

v*lgfc=3.3814 + 1.7661 lg^V + 1,048916*5 + 0,10071g*t - 3.87941gV--0.81231gS - 1.74671gt + 1.8041gVlgS + 1.05191gVlgt С19)

v=lghc=3,1435 + 0.89451g^V 0.06951 g'«o - l'.9933igV - 1.56821gS--0.84761 gt +■ 0.93111gVlgS 0. 50261 gVlgt i ¿0)

v= 1 g6xmax= -1.4497 - 2,17901g;'V - 0.64031g;-S 5.20741gV +£. 22191gS-+ 1.606781 gt - 2.02911gVlgS - 0,97751gVI gt (21)

v=l gl=-1.9807 +5. 77341 gXi -0.64811gXß -1.28741gX3 -0.59511gXl*lgX£-

- 0.14751gXi*igX3 - 0. 45391 gX'2*lgX3 - 1. 83281 g;-Xl - 0.6l211g^Xf -

- 0, 87271 g^X.3 (22)

•у^1йЬоэ=2.2130 - 3,40016X1 - 2.164316X2 - 1.9001ЯХЗ * 1,459611X1« *1ёХ2 + 1,02311ЁХЗ +■ 1.541Ш^Х1 0,51621Ш^Х2 С23)

Каношчне преобразування р^вняння та тдстановка в них конкретных значеннь параметров Ьоз. 1. Ьс та б-таах дозволило одержа-ти. номограму для вибору оптимальных режым1в обробки (мал.5) На основ! анал!зу

роботы 1нструменту з по-крнттям у процес1 екс-плуатаиП встановлено. що пристосування !нстру-мента з комб!нованим зм1-цненням дозволяе п!дви-щити його над!йн1сть. зм!ниты структуру в1д -мов, знизити коеФШент вар1ац!1.

У п'ятЫ глав! при-водяться показники цел1-сообразностг пристосу-вання розроблених засо-б1в технолог!чного за-безпечення технологи обробки деталей складно- 5 Двом1рний розр1з поверхн!

мм/об I 0,267 ^

0^1

0093

го проф!лю.

Розроблено комплект номограм для визначення оптимальных режим!в р1-зання та параметр!в якос-т! оброблено! поверхн! пристосовно до чист0в01 обробки деталей складного проФ!лю. шо забезле-чук/гь максимальну роз -

по характеристикам режим!в р1зання та якост1 поверхового шару. Ср!зець Т15К6+Т1Ы. Ы0.50мм)

— !зол!н11 !нтенсивност1 зносу р!зия Ьоэ. мкм/Ю'-см^:

— !зотерми р1зання 8. С°:

— 1эол1н!1 шероховатост! йг.мкм:

---азоланП глибини наклепа Ьс. мкм:

---!зол!н1! максимальних залишкових

напружень бт-тах. кг/см'-.

м!рну ст1йк!сть !нстру—

мента з покриттям та найб!льш стаб!льн1 параметри якост1 поверхового шару при найменьипй соб!вартост1.

Реалгзащ л теоретичних та екслер!ментальних результат!в у промислов!сть та одержаний при цьому економ1чний еФект 51187 кар-

бов'анц1в у ц!нах 1990 року були олержаний у результат! розробки технолог!чних основ визначення режим1в р1зання з комб!нованим покриттям, впровадження технолог!I виготовлення деталей складного проФ!лю. скорочення часу на коректировку управляючих програм та розробки технолог!чних рекомендаций по експлуатацП !нструмента з покриттям та засоба управл!ння точтстю та як!стю обробки з до-триманням пост!йност1 швидкост! р!зання по ус!й обробляем!й по-верхн!.

У додапсу приведен! класиф!катор зносост!йких покритть, фрагмент розрахунк1в теплово1 задач1 для 1нструменту з покриттям. та акти впровадженя результат!в досл1д!в.

Основн! результат та висновки.

1.Розроблен! науков! основи п1двишення еФективност1 обробки деталей складного проф1лю, як! включахггь продуктивн!сть, еконо-м!чн!сть, T04HicTb та як!сть оброблених поверхнь, на основ! розробки та реал!зацП прогресивних засоб!в технолог!чного оснащения з використанням !нструмента з комб1нованим покриттям та за-co6iB управл1ння точн1стю та як1стю обробки .

2. Виявлен! основн! законом!рност! Формування Ф!зико-х!м1чного становища поверхового шару при вакуумно-плазменному осажд1нн! покритгя з TiN та !онно! модиФ!кац11 зм!инено! поверхн!.

Остановлено, що сполучення таких технолог!чних метод!в обробки. як доводка у посднанн! з в!брообразивною обробкою твердосплав-них пластин, вакуумно-плазменне покриття з наступною !онною моди-Ф!кац!сю поверхн1 сприяе п!вишенню працездатност! !нструмента.

3.Розроблено та рекомендовано промисловост! комб!новану техно-лог1ю обробки твердосплавних пластин, яка включая довожу у посднанн! з в!брообразивною обробкою. нанесення вакуумно-плазменного покриття та 1онну 1мплантац1ю. Результата !спмт1в р!жучих !нстру-мент!в зм!инених по запропонован!й технолог!! показали, шо гама-процентний пер!од ст!йкост! !нструмента при 90% п1двиш!вся у 4 рази, знизився коеФ!ц!ент вар!аи!1 c-Tiйкост1, що дало змогу п!д-вшцити стаб!льн1сть технолог!чного процесу. забеспечити необх!дну точн i сть та AKiCTb оброблено! поверхн!.

4. На основ! вивчення контактних процес!в та характеристик pi-зання 1нструментами з покриттям встановлена 1х особлив!сть та к!льк1стний взаешзв'язок м!ж !нтенсившстю зноса !нструмента, Ф!зико-механ1чними характеристиками обрабляемого та 1нструменталь-ного матер1ала та основними параметрами !х контактно'! взасмодН.

Встановлено. що при чистовому точ!нн! нержав!ючих сталей Инструментом з покриттям, залежнос-Ti в!дносного зносу в!д щвидкост! Ызання носять екстремальний характер з точками мИтмума при оп-тимальних швидкостях изання.

5. Еиконан! анал!тичн1 та експериментальн! досл1ди умови MiHi-мИзацГИ i HTOHCHBHOCTi зносу i нструмента з покриттям дозволили ро-зробити узагальненИ математачн! модел! оптимИзаш1 виготовлення деталей складного проФИлю.

6. На основ! анал!зу технологичних схем, предбачаючих обробку деталей з сферичными поверхнями з n=const та V=const встановлено, шо перевод обробки деталей типу "оболонка" на точИння з ав-томатичним регулюванням швидкост! р!зания, з одного боку, забез-печус кращу яка сть поверхового шару, точнПеть та високу стаб!ль-н!сть, а з другого, продуктивне р!зання та меньшу ео6Иварт!сть обробки.

V npoueci реализаш'1 нових рззробок, направлених на рИшення розглядаемоИ Проблеми, у бИльшост! випадк!в достигнуто е£ект од-часного п!двишення продуктивност!, економхчност!, точности обробки та якост1 виготовлення деталей складного проФ!лю.

ПубликацП по TeMi дисерташ!.

1. Зиновьев Н. И.. Мирошниченко О. В. Исследование влияния интегрированной технологии упрочнения на размерную стойкость инструмента/'-/ Технический прогресс в атомной промышленности. Серия: Организация производства и прогрессивная технология в приборостроении. 1991. вып. 4,- С. 9-10.

2. Зиновьев Н. И., Мирошниченко Ю. В. Оценка качества износостойкого покрытия методом акустической эмиссии,''/ Технический прогресс в атомной промышленности. Серия: Организация производства и прогрессивная технология в приборостроении, 1991, вып. 5.- С. 15-17

3. Зиновьев Н. И.. Мороз Е. А.. Мирошниченко В. В. База данных для АШС "Технолог"// Технический прогресс в атомной пгемьшлен-ности. Серия: Организация производства и прогрессивная, технология в приборостроении, 1390, вып. 4. - и. 5-7.

4. Мирошниченко О. В. Повышение работоспособности режушего инструмента на основе интегрированной технологии упрочнения// Эффективные технологические процессы и оборудование для восстановления и упрочнения деталей машин: Тезисы докладов семинара. -Пенза. 1991. С. 70.

5. Ил рисов Р. Т.. Зиновьев Н. И., Ковалевский С. В.. Мирошниченко Ю. В. Оценка ресурса изделия на основе прогнозирования повреждаемости // Технологическое повышение надежности и долговечности деталей машин и инструментов: Сборник научных трудов.-Брянск. 1990, С. 71-74.

6. Зиновьев Н. И., Казакова Т. В.. Мирошниченко 0. В. Влияние качества подготовки поверхности основы на адгезионные свойства износостойкого покрытия/''/ Технологические методы повышения эффективности и качества механосборочного производства: Тезисы докладов конференции.- Домбай, 1992. С.24.

7. Зиновьев Н. И.. Казакова Т. В.. Мирошниченко Ю. В. Влияние комплексной технологии упрочнения на физико- механические свойства твердосплавного режущего инструмента// Качество и надежность технологических систем: Тезисы докладов научно-технической конференции. -Краматорск, 1992. С. 47-43.

8. Зиновьев Н. И.. Ковалевский С. В.. Мирошниченко Ю. В.

Комплексные технологические процессы упрочнения режущего инстру-

1

мента// Физическая оптимизация, управление и контроль процессов обработки резанием: Тезисы докладов Уральской научно-технической конференции, - Уфа. 1991. С. 21-22.

9. Зиновьев Н. И.. Мирошниченко Ю. В. Методика оценки качества ионноплазменных покрытий// Качество и надежность технологических систем механообрйботки: Тезисы докладов науно-технической конференции. -Краматорск. 1991. С. 15-16.

ф4