Повышение эффективности технологического процесса обработки деталей машин при интеграции абразивного шлифования и поверхностной закалки ТВЧ

Скиба, Вадим Юрьевич

Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности технологического процесса обработки деталей машин при интеграции абразивного шлифования и поверхностной закалки ТВЧ

кандидата технических наук: Скиба, Вадим Юрьевич
город: Новосибирск
год: 2008
специальность ВАК РФ: 05.03.01

Автореферат диссертации по теме "Повышение эффективности технологического процесса обработки деталей машин при интеграции абразивного шлифования и поверхностной закалки ТВЧ"

На)

СКИБА ВАДИМ ЮРЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПРИ ИНТЕГРАЦИИ АБРАЗИВНОГО ШЛИФОВАНИЯ И ПОВЕРХНОСТНОЙ ЗАКАЛКИ ТВЧ

Специальность: 05.03.01 - технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2008

003460284

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет"

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент

Иванцивский

Владимир Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ситников

Александр Андреевич

кандидат технических наук,,

Янпольский

Василий Васильевич

Ведущая организация:

Новосибирская государственная академия водного транспорта, г. Новосибирск

Защита диссертации состоится "23" декабря 2008 г. В 12® на заседании диссертационного совета Д 212.173.07 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

Автореферат разослан " ■/(?" ноября 2008 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Никитин Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В технологическом процессе изготовления многих деталей машин предусматриваются поверхностно-термическая и финишная механическая операции. Именно на финишной стадии, содержащей данные виды обработок, формируются основные физико-механические свойства, оказывающие влияние на эксплуатационные свойства деталей.

Самым распространенным и производительным процессом финишной механической обработки является абразивное шлифование. Данный процесс характеризуется высокой теплонапряженностью в зоне резания, что может повлечь за собой изменение комплекса физико-механических свойств, достигнутого на стадии термического упрочнения. Одним из эффективных способов решения данной проблемы является внедрение разнообразных комбинированных методов обработки, реализующих идею совмещения финишных операций на одном технологическом оборудовании. При этом становится актуальной задача разработки новых методик назначения режимов для данных методов обработки, рассматривающих данные операции технологического процесса не изолированно, а во взаимосвязи, и позволяющих гарантированно получать детали с заранее заданной точностью и физико-механическими свойствами их рабочих поверхностей.

Данная диссертационная работа выполнялась в рамках государственных научно-технических программ: федеральная целевая научно-техническая программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002 - 2006 гг. (государственный контракт 02.438.11.7025 на научно-исследовательскую работу по теме 2005-РИ-16.0/024/023).

Цель работы: обеспечение точности и качества обработки поверхностно-упрочняемых деталей при интеграции предварительного шлифования, поверхностной закалки ТВЧ и окончательного шлифования на одном технологическом оборудовании.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

1. Оценить влияние каждого из объединяемых видов обработки на геометрические показатели точности и физико-механические свойства поверхностного слоя деталей машин при интеграции поверхностной закалки ТВЧ и абразивного шлифования на одном технологическом оборудовании.

2. Исследовать закономерность распределения остаточных напряжений в поверхностном слое и определить величину коробления детали посредством моделирования напряженно-деформированного состояния материала при закалки ТВЧ.

3. Установить функциональные зависимости параметров волнистости и шероховатости поверхности от режимов предварительного и окончательного шлифования. Разработать комплексную методику назначения технологических режимов предлагаемой обработки и осуществить расчет припусков и их перераспределение между переходами.

4. Разработать, промышленно апробировать комплекс оборудования, реа-

лизующего технологию интегрированной обработки.

Научная новизна работы:

Разработана методика назначения режимов для технологии интегрированной обработки, позволяющая комплексно подходить к обеспечению качества поверхностного слоя и основанная на выявлении:

- функциональных зависимостей между показателями волнистости и шероховатости поверхности и режимами предварительного шлифования незакаленной стали;

- численной связи между глубиной упрочненного слоя и режимами поверхностной закалки с использованием высокоэнергетического нагрева токами высокой частоты при обеспечении рационального распределения остаточных напряжений по глубине закаленного слоя;

- численных связей между волнистостью, шероховатостью и микротвердостью поверхности и временем выхаживания;

- функциональных зависимостей, отражающих влияние предварительных значений микро- и макрогеометрических параметров и микротвердости поверхности на интенсивность уменьшения волнистости и шероховатости при выхаживании.

Практическая ценность работы.

1. Полученные теоретические и экспериментальные результаты послужили основой создания методики назначения режимов для нового эффективного способа обработки стальных деталей, обеспечивающего формирование поверхностного слоя с комплексом повышенных показателей качества.

2. Внедрение предлагаемой схемы интегрированной обработки в производство позволяет на финишной стадии технологического процесса изготовления деталей в сравнении с традиционной технологией достичь следующих результатов:

- повысить производительность обработки в 2...2,5 раза;

- повысить микротвердость и уровень сжимающих напряжений в поверхностном слое материала на 10.. 15 %;

- исключить возможность появления брака по прижогам при финишном шлифовании;

- повысить контактно-усталостную долговечность деталей на 10. ..16%;

3. Спроектированы, изготовлены и внедрены в производство станочные системы, реализующие идею интеграции операций поверхностной закалки и финишного шлифования на одном технологическом оборудовании.

Реализация работы. Внедрение результатов работы осуществлено на ЗАО "Новосибирский электродный завод", ООО « ПО«Пеноплэкс Новосибирск» и ООО «ЭкспертНефтеГаз» (г. Новосибирск).

Личный вклад автора заключается в постановке и проведении всех экспериментальных исследований, в обработке и анализе полученных результатов, формулировке выводов. Методика назначения режимов технологии комбинированной обработки разработана лично автором.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: Всероссийской научно-технической

конференции «Наука. Промышленность. Оборона», г. Новосибирск, 2003; Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии в машиностроении", г. Рубцовск, 2004 г.; Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе", г. Новосибирск, 2005 г, 2006 г.; Всероссийской научно-технической конференции "Современная электротехнология в промышленности России", г. Тула, 2007 г.

Методы исследований. Работа выполнена на базе основных положений технологии машиностроения, теории шлифования, теории математической статистики с использованием сертифицированных программных продуктов STATISTICA 6.0 и Table Curve 3D v 4.0. Представленные в работе результаты получены на основе экспериментальных исследований с использованием апробированных методик, современных измерительных приборов и оборудования.

Теоретические исследования основаны на использовании численных методов решения дифференциальных уравнений нестационарной теплопроводности (уравнение Фурье) и диффузии углерода в аустените (2-ой закон Фика). Моделирование напряженно-деформированного состояния материала осуществлялось с использованием сертифицированного конечно-элементного комплекса ANSYS 9.0.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них: 4 статьи в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, 3 - в сборниках научных трудов, 4 - в сборниках трудов международных и Всероссийских научно-технических конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести разделов и заключения, изложенных на 212 страницах основного текста, в том числе 99 рисунков и 3 таблицы, списка литературы (223 наименований), и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика области исследования, обоснована актуальность темы, перечислены основные анализируемые научные проблемы.

В первом разделе диссертации представлен обзор технической литературы по проблеме обеспечения требуемого качества поверхностных слоев материала при использовании традиционного построения финишной стадии технологического процесса, когда операции поверхностной закалки и финишной обработки выполняются на различном технологическом оборудовании.

В этом случае, окончательное формирование геометрии и физико-механических свойств поверхностного слоя происходит на операции абразивного шлифования. Данной обработке свойственна высокая теплонапряженность в зоне резания, что способствует возможности появления брака в виде прижо-гов и сетки микротрещин. Кроме того, если после термообработки в поверхностном слое материала формируются полезные сжимающие напряжения, то при шлифовании закаленных сталей в поверхностном слое чаще всего создаются остаточные напряжения растяжения, достигающие иногда значения 800... 1000

МПа, что значительно снижает эксплуатационные свойств деталей машин. В связи с этим, большое количество исследований, среди которых можно выделить работы Ящерицына П.И., Сипайлова В.А, Евсеева Д.Г., Якимова A.B., Корчака С.Н., Худобина Л.В., Островского В.И., Резникова А.Н., Исаева А.И., Короткова А.Н. и многих других, направлено на разработку способов снижения теплонапряженности процесса шлифования. Используя эти способы, можно эффективно снижать температуру в зоне обработки, однако при этом они направлены на устранение последствия действия (наличие высоких температур), но не устраняют саму причину возникновения высоких температур в зоне резания (наличие большого припуска на обработку).

Уменьшить припуск на чистовую обработку до минимума возможно лишь при осуществлении этих операций на одном технологическом оборудовании. Для этого необходимо оснастить шлифовальный станок дополнительным источником концентрированной энергии, реализующий высокоэнергетический нагрев токами высокой частоты (ВЭН ТВЧ), характеризующийся высоким термическим коэффициентом полезного действия. В этом случае финишная часть технологического процесса изготовления деталей построена в следующем виде. Первый переход - предварительное шлифование, необходимое для устранения погрешностей, возникших на предшествующей части технологического процесса и связанных с переустановкой детали. При этом следует отметить, что при обработке жестких деталей (отношение толщины стенки к глубине закаленного слоя равно или больше семи) с глубиной упрочнения порядка 1 мм, шлифовка поверхности осуществляется в окончательный размер, заданный чертежом. Второй переход - поверхностная закалка ВЭН ТВЧ на заданную глубину упрочнения. Третий переход - окончательное шлифование. Поскольку припуск на окончательную механическую обработку минимален и процесса резания практически не происходит, то следует ожидать получение дополнительного эффекта упрочнения, за счет пластического деформирования абразивными зернами поверхностного слоя обрабатываемой детали. Тем более, согласно классификации С.Н. Полевого, процесс окончательного шлифования относится к методам упрочнения металлов.

Для эффективного использования нового метода комбинированной обработки необходима комплексная методика назначения технологических режимов с целью обеспечения требуемых характеристик качества поверхностного слоя деталей машин.

На основании выводов, сделанных по результатам анализа материалов литературного обзора, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во втором разделе обоснован выбор материалов, методов исследования их структуры и механических свойств, а также конструкций испытательных установок, использованных при проведении экспериментов.

В качестве материала для исследований выбраны углеродистые стали 45, 60, У8 и У10. Это связано с широким применением данных сталей в промышленности при изготовлении деталей, подвергаемых поверхностной закалке.

Для интеграции процессов механической и поверхностной термической обработок была произведена модернизация плоскошлифовального станка модели ЗГ71, заключающаяся в оснащении станочной системы дополнительным концентрированным источником энергии, в качестве которого использован выносной закалочный контур, реализующий ВЭН ТВЧ. В качестве источника энергии использовали генератор ВЧГ 6 - 60/0,44. Исследования проводились в диапазоне режимов обработки: удельная мощность источника q„ = (1,5 - 3,6)-108 Вт/м2, скорость перемещения детали Ул= (50... 100) мм/с, размер источника R„ = 2 мм. Процесс нагрева осуществлялся по глубинной схеме (толщина упрочненного слоя не превышает глубины проникновения тока в горячий металл) непрерывно-последовательным способом. Шлифование закаленной и незакаленной стали осуществлялось кругом марки !-250x32x75-25А-25-СМ2-6-К-35-А-2-ГОСТ 2424-83.

Структурные исследования сталей проводили с использованием методов металлографического анализа (микроскопы NU1E). Твердость упрочненного слоя и характер ее распределения по глубине определяли измерением микротвердости на приборе ПМТ-3 по методике изложенной в ГОСТ 9450-76.

Исследования остаточных напряжений первого рода проводились с использованием рентгеновского метода на дифрактометре высокого разрешения, обеспечивающего высокомонохроматизированное синхротронное излучение (ДШ. = 4Т0~4) и механического метода, для реализации которого была спроектирована и изготовлена экспериментальная установка для электролитического травления. Измерение геометрии образцов происходил на стенде, оснащенным цифровой индикаторной головкой "ABSOLUTE DIGIMATIC" фирмы Mitutoyo (Япония) и персональным компьютером.

Выявление дефектов поверхностного слоя после операций ВЭН ТВЧ и шлифования использовались: визуально-оптический метод с применением микроскопа Nikon, капиллярный метод, токовихревой метод с применением вихретокового дефектоскопа ВД - 70.

Исследования отклонений формы образцов, волнистость и шероховатость их поверхности проводились на профилографе-профилометре "Форм Тали-сурф" серии 2 фирмы Taylor Hobson (Англия).

Исследование контактно-усталостной выносливости поверхностных слоев осуществляли на установке, реализующей схему пульсирующего контакта и позволяющей применять в качестве объектов исследования плоские образцы.

Третий раздел посвящен исследованию влияния каждого из объединяемых видов обработки на геометрические показатели точности и физико-механические свойства поверхностного слоя деталей машин.

Поскольку в рамках предлагаемой комбинированной обработки предварительное шлифование осуществляется незакаленного материала, который более устойчив к температурным воздействиям, то на данной операции возможно форсирование режимов резания. При этом качество поверхности, достигнутое на данном переходе, не должно оказать негативного влияния на последующие операции: в поверхностном слое должны отсутствовать микротрещины, а ше-

роховатость, волнистость поверхности, отклонения от прямолинейности и плоскостности поверхности должны находиться в требуемых пределах.

При назначении режимов резания, обеспечивающих максимальную производительность, необходимо учитывать технические характеристики конкретного металлорежущего оборудования. Для выявления фактических зависимостей между параметрами режимов обработки и показателями качества поверхности были проведены энергетические и точностные испытания плоскошлифовального станка модели ЗГ71.

На основании обработки результатов экспериментальных данных установлены функциональные зависимости эффективной мощности от технологических режимов обработки:

1) для незакаленной стали - АгюДкд,г)=3.44П51-Кда985-/Ш4;

2) для закаленной стали - М3е(Уд,')= 5.100668- Уд0-905 -/°-894.

На рис. 1 представлены сечения поверхностей данных функциональных зависимостей при соответствующих значениях эффективной мощности, а так же обозначены режимы (кривые 6 и 7), при которых на поверхности обрабатываемой заготовки с вероятностью 5...8% возможно появление локальных зон с прижогами и микротрещинами. Предварительные расчеты показали, что во всем диапазоне изменения режимов резания при шлифовании производительность обработки незакаленной стали в 2...2,4 раза выше, чем при обработке закаленной. Характерно то, что сетка микротрещин появлялась исключительно при обработке закаленных сталей. В случае шлифования незакаленных углеродистых сталей на жестких режимах не было зафиксировано нарушение сплошности материала. Следовательно, можно проводить обработку на более высоких режимах, при этом, регламентирующим фактором становится кривая 5, являющаяся сочетанием режимных параметров, при которых фиксируется непостоянство частоты вращения шлифовального круга, и как следствие этого, резкое ухудшение макро- и микрогеометрия поверхностного слоя.

Проведенная серия экспериментов, посвященная исследованию влияния режимов абразивной однопроходной обработки на параметры шероховатости и волнистости поверхности, позволила получить следующие функциональные зависимости:

1) для параметра шероховатости поверхности И,;.

Ла(кд,/)= а + ЬУд + с( + ¿Кд2 + е/2 + /Уд1 + gУд3 + А/3 + ¡УдС2 + ]Удг1, (1) где а= 0,1762, 6= -0,0195, с = -19,4450, й= 0,0069, е = 542,7682,/= 3,9966, -2,6875-10"4, И= -2,9796-103, г--11,3361,у- -3,1318-10"2;

2) для параметра волнистости поверхности

Ш, (кд,г)= а + ЬУД + с/ + ¿У* + е/2 + /Кд/ + ёУ3 + Ыъ + 1У/ + ]УД2!, (2) где я= 3,9630, 6= 9,4628-Ю"8, с = -2,7380-Ю"6, о? = -1,0069-Ю"8, е = 872,6288, 9,5255-Ю"7, £= -3,3129-Ю"4, к= 3,9282-Ю4, /= -9,2764-Ю"7,^ -3,4392-Ю"8.

Для обеспечения заданной степени точности поверхности необходима многопроходная обработка, которая, как показывают результаты эксперимен-

тов, способствует уменьшению высоты волны в среднем на 2,7±0,4 мкм. Это происходит за счет наложения и фазового сдвига колебаний.

Таким образом, полученные экспериментальные данные позволят назначать режимы шлифования, исходя из обеспечения высокой производительности и требуемой шероховатости и волнистости поверхности. Следующим переходом, идущим после предварительного шлифования, является поверхностная закалка ВЭН ТВЧ необходимая для обеспечения требуемого физико-

механического состояния поверхностного слоя детали. Обычно достижение заданной твердости осуществляется подбором соответствующей марки стали, а глубина закалки обеспечивается за счет технологических режимов. Проведенная серия экспериментов позволила получить следующие функциональные зависимости глубины упрочнения от технологических режимов обработки. Данные зависимости описываются одинаковой функцией для исследуемых марок сталей только с разными коэффициентами:

h(qii,vj = a + bvu+ cq„ +dVK2+ equ2 + jV^ + gF„3 + hqj + + укДи, (3) йад стали У10: ö= 0,906184, 6= -12,343186, с = 1,851541 • 10"9, d= 24,621030, е = 4,103625-Ю"'8,./= -1,571684-Ю"8, g= -66,067377, /г= -4,851607-10"28, г'= -2,040626-10"17, 6,052463-Ю"8; для стали У5: а = 1,122425, b = -25,210979, с = 3,673506-Ю"9,d = 281,263627, е = 8,690586-Ю"|8,/= -8,175952-Ю"8, g = -1471,413565, h = 1,428863-10"27, г = -9,270236-10"17, j = 6,005372-10"7; для стали 60: а = 1,001420, Ь = -12,772906, с = 1,929784-Ю"9, d= 1,187176, е = 5,621472-Ю"18,/= -2,368924-Ю"8, g= 195,233673, h = -2,161517-10"", г = -2,409435-Ю"11,; = 9,440605-10"8; для стали 45: а = 0,426008, Ь = 2,827121,

м/мин

Лс. Л Контурный график изменения эффективной мощности шлифования в зависимости от продольной подачи У„ и глубины резания I:

1-2-Ие= 1 кВт, N¡ = 2 кВт при шлифовании незакаленной стали; 3-4 - Ме = I кВт, Ые = 2 кВт при шлифовании закаленной стали; 5 - линия режимов, при которых наблюдается непостоянное значение скорости резания; 6-7 - линия формирования дефектов при обработке закаленной и незакаленной стали.

с = 3,025072-Ю"9, й?= -301,591960, е = -4,694423-Ю"18,/= 3,600666-10 , £= 1953,668810, к = 3,216427-Ю"27, / = 1,375401-10"17,у = -3,779403-Ю"7.

Таким образом, установление зависимости глубины закалки /г от режи-^ мов обработки позволяет осуществить

назначение режимов поверхностной закалки стальных деталей, используя критерии: максимальная производительность и минимальные энергозатраты на обработку. Однако, полученные диапазоны режимов не гарантируют формирование упрочненного слоя без наличия закалочных трещин (рис. 2). Данное явление наиболее опасно, так как возникшие микротерщины визуально на детали не видны, но являются очагами разрушения детали в процессе ее эксплуатации.

При традиционном технологическом процессе изготовления деталей припуск на чистовую обработку приходится назначать достаточно большим, причем операция "выхаживание" предусматривается для ликвидации негативного действия процесса чернового и чистового шлифования. Результаты экспериментальных данных свидетельствуют о том, что выхаживание в течение 20 с. позволило только лишь выравнить поверхностную микротвердость, и достичь уровня, сравнимого со средним значением твердости упрочненного слоя (рис.3), полученного на операции ВЭН ТВЧ.

В условиях предлагаемой комбинированной обработки окончательное шлифование подразумевает съем припуска, возникшего за счет объемного расширения упрочненного слоя (не более 0,015 мм). Учитывая марку применяемого круга, наблюдается преобладание деформационного механизма процесса шлифования над процессом резания, а наличие выхаживания приведет к увеличению значения микротвердости. Проведенные экспериментальные исследования позволили установить зависимость повышения микротвердости поверхностного слоя от времени обработки. Данные зависимости имеют вид (рис. 4)

Рис. 2. Закалочная трещина при упрочнении ВЭН ТВЧ стали У10 на режимах: = 2,3 108 Вт/м2, У„ = 50 мм/с.

НУГ кы* ) = Кг +*)-*■ ехр(~

(4)

где #F2h0cx и ЯУ2В0Ь|Х - значение микротвердости на поверхности исходное (после термообработки) и после выхаживания соответственно; твых - время выхаживания; кип- коэффициенты, свойственные данной марке стали (сталь 45: к = 1900, п = 0,025; сталь 60: к = 1650, п = 0,028; сталь У8: к= 1530, п = 0,031 сталь УЮ: к= 1500, и = 0,033).

При этом следует отметить, что возрастание поверхностной твердости приводит и к увеличению уровня сжимающих напряжений в поверхностном слое материала. Так например, при обработке стали 60 по предлагаемой комбинированной схеме после поверхностной закалки ВЭН ТВЧ (Ки= 50 мм/с; q„ = 2,4-108 Вт/м2; RH = 2,4 мм) была зафиксирована микротвердость на поверхности HV2о = 9100 МПа. Последующий переход - выхаживание в течение 20 с — позволил увеличить поверхностную твердость материала до значения НУ2о = 10200 МПа. Это в свою очередь привело к увеличению значений сжимающих напряжений на поверхности образца с 950 МПа до 1180 МПа.

В процессе выхаживания исследовалось не только изменение физико-механического состояния поверхностного слоя, но и изменение геометрии поверхности детали. Статистическая обработка экспериментальных данных показала, что зависимости Wz(rBbIX) и Ra(zBUX) можно описать следующими математическими выражениями:

для волнистости поверхности

+ Г'Ыу/р\ (5)

где W"c* - значение волнистости поверхности исходное; тВЬ1Х - время выхаживания; i и р - параметры, зависящие от начальной волнистости поверхности, исходной микротвердости HV"0СХ материала и условий обработки. Для указанных марок сталей параметры i и р могут быть найдены из следующих зависимостей: i = 0,52 + 0,05 • Wгисх2, р = 13,0821 - 6,098 • 10"8 ■ ЯК2и0сх2 + 0,5524 ■ Wгис*2; для шероховатости поверхности

Ra{rsJ = Ra,m + R"m-Ra^, (6)

U + z-vJ

где Ra"cх - значение шероховатости поверхности исходное; твых - время выхаживания; Raíim - значение шероховатости, которое можно достичь при указанных параметрах процесса обработки; % - параметр, зависящие от начальной

с 2

tC ít;

10000 9000 8000 7000 6000 5000

I Сталь 45

I Сталь 60

□ Сталь У8

□ Сталь У10

4000

После ВЭН ТВЧ

После 'чернового и чистового шлифования

Рис. 3. Изменение поверхностной микротвердости в течение финишной стадии типового технологического процесса

После выхаживания 20 с.

НУт,

шероховатости поверхности Ла"сх, исходной микротвердости #К2И0СХ материала и условий обработки. Для указанных марок сталей ЛзНт и % могут быть найдены из следующих зависимостей:

„0,839

Кп

ЯаПт = 3,984-

На"

НУй

х0,546 '

1 ю 100 т1ЫХ

Рис. 4. Зависимость микротвердости поверхности от времени выхаживания: 1 - сталь 45, 2 - сталь 60, 5 - сталь У8, 4- сталь У10.

„1,258

X = 3,571-10"

к20

Яа"

«1.475

Анализ данных зависимостей, позволил определить рациональное время выхаживания твь|х = 30 с, при котором наблюдается резкое падение скорости уменьшения шероховатости и волнистости поверхности.

Таким образом, процесс выхаживания, следующий непосредственно после поверхностной закалки (без переустановки детали), позволяет не только значительно снизить уровень волнистости и шероховатости поверхностного слоя, но и повысить уровень микротвердости и величину сжимающих остаточных напряжений на поверхности.

В четвертом разделе представлен комплекс математических моделей, базирующихся на методе конечных разностей и используемых для расчета тепловых полей и структурно-фазовых превращений. Исследование напряженно-деформированного состояния материала осуществлялось посредством конечно-элементного комплекса А№УЗ 9.0.

Термоупругопластические процессы, происходящие при высокоскоростной термической обработке деталей, в общем случае характеризуются обобщенной математической моделью, для которой деформация состоит из упругой , тепловой е'* , связанной с фазовыми превращениями

е ,вязкопластическои е '

е = е'+е'

Большую трудность в моделировании данного процесса представляет расчет физико-механических свойств стали в процессе нагрева и охлаждения. Изменение модуля упругости и коэффициента Пуассона в области высоких температур (более 800 °С) были приняты согласно работам Т. 1поие, В. КатесЫ, М. Лтяоп. При осуществлении в сталях структурно-фазовых превращений результирующее значение предела текучести и модуля упрочнения определялось с учетом данных характеристик отдельных структурных составляющих стали и значений их удельных объемов. Экспериментальные данные структурных составляющих указанных физико-механических характеристик принимались по данным работ 5. Ь. Воцеззоп, Л. РогШтег, ХВ. ЬеЫопс!, ^М. Bergheau.

О 0.1 0.2 0.3 ОА 05 0.6 0.70.8 0.9 1.0 11

/;, мм

а)

о о.1 о.2 аз ал aso.6o.7o.ea9 го V

к, мм

б)

Рис. 3. Распределение микротвердости и остаточных напряжений в поверхностном слое

стали 45 (а) и стали У8 (б): I - распределение микротвердости, 2-3 - экспериментальная и расчетная эпюра ОН при

= 3,6-10вВт/м2, Уд = 0,1м/с; 4 - распределение микротвердости, 5-6 - экспериментальная и расчетная эпюра ОН при ¡7„ = 2,4-108Вт/м2, = 0,05м/с. ▲ - остаточные напряжения, полученные рентгеновский методом определения.

Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными исследования остаточных напряжений показало, что в области приповерхностных слоев материала отличие кривых находится в пределах доверительного интервала обработки экспериментальных данных (рис. 5). В более глубоких слоях материала расчетные значения остаточных напряжений превышают экспериментальные значения. Последнее можно объяснить тем, что экспериментальные исследования осуществлялись с использованием разрушающего метода определения остаточных напряжений. В процессе электролитического удаления слоев металла происходит перераспределение напряжений, которое трудно учесть в расчетных зависимостях, свойственных этому методу.

В связи с тем, что основной технологической характеристикой при поверхностном упрочнении является глубина закалки, воздействовать на величину и характер распределения остаточных напряжений возможно лишь путем изменения величины переходной зоны.

Учитывая тот факт, что очагом разрушения детали в процессе эксплуатации является месторасположение максимальных растягивающих напряжений

сгРтах, необходимо переместить опасную зону как можно глубже от поверхности изделия. Естественно, глубина залегания о-Ргаах будет наибольшей в том случае, если величина переходного слоя, т.е. зоны, находящейся между слоем с чистой мартенситной структурой и слоем со структурой исходного материала, окажется максимальной. Но, в этом случае наблюдается значительное снижение сжимающих напряжений сгСтох на поверхности. Анализ результатов экспериментальных и теоретических исследований показал, что величина переходного слоя должна составлять 25...33 % от глубины упрочненного слоя, что хорошо согласуется с данными, представленными в работе Г.Ф. Головина. Именно при выполнении этого требования существует определенный баланс между тем, что значения сгРтах смещаются в более глубокие слои материала и при этом величина сжимающих напряжений на поверхности в среднем уменьшается не более чем на 4...6 %. При этом большие значения величины переходной зоны необходимо обеспечивать при закале сталей с большим содержанием углерода.

В результате обработки результатов экспериментальных исследований получены соответствующие функциональные зависимости, которые могут быть описаны математическими выражениями 7 (стали 45, 60 и У8) и 8 (сталь У10):

^д.<7„)=я-^д -сч1 (7)

^{Ул,чя)=а + ЬУл+счя (8)

где 0,25 < < 0,33 и приближенное значение коэффициентов:

для стали 45 - а = 0,8132; Ъ = 378,613; с = 1,0174-Ю"26; для стали 60 - а = 0,7389; Ь = 331,594; с = 2,224-Ю"26; для стали У8 - а = 0,799; Ъ = 371,487; с = 2,1496-Ю"26; для стали УЮ - а = 0,555; Ъ = 6,376; с = -3,097-Ю"9.

Таким образом, режимы обработки, полученные из решения системы уравнений /г(</и, Уд) и Ч'(дт Уд), гарантируют реализацию необходимой глубины закалки и рациональную величину переходной зоны, в том числе устраняют вероятность возникновения закалочных микротрещин. Таким образом, принимая во внимание результаты исследований, посвященных влиянию времени выхаживания на показатели качества поверхностного слоя, были проведены эксперименты с определением показателей контактно-усталостной прочности деталей.

Результаты экспериментальных исследований показали, что операция выхаживания способствует увеличению контактно-усталостной прочности. Так, для образцов из стали 45, прошедших закалку ВЭН ТВЧ и последующее выхаживание, было зафиксировано повышение контактно-усталостной прочности на 16,4% (с Л'„ = 5,07Т06 до /V,, = 5,9-Ю6) по отношению к образцам, подвергнутых только лишь поверхностной закалки. При соответствующем сравнении для стали У8 наблюдалось увеличение КУ прочности на 10,2% (с Л^ = 6,0-Ю6 до 7У„ = 6,61-Ю6) (рис. 6).

Пятый раздел посвящен разработке комплексной методики назначения технологических режимов для новой комбинированной обработки, полученной на основе результатов проведенных исследований.

Алгоритм использования данной методики, а также сравнительный ана-

лиз между традиционным и предлагаемым построением финишной стадии технологического процесса, рассмотрим на примере обработки призматической детали.

Пусть необходимо изготовить деталь, технологические требования к которой следующие: окончательный размер на толщину 10 мм должен быть выдержан в пределах 5-го квалитета, шероховатость поверхности Лзтр = 0,2...0,4 мкм, волнистость поверхности 1Угтр < 2 мкм, глубина закалки к = 0,5...0,8 мм, твердость поверхностного слоя НЯС 64...66. Руководствуясь известными методиками расчета линейных операционных размеров, определяем размер предварительной обработки Н, минимально необходимое значение технологической глубины упрочнения Ат и припуск на окончательную обработку г. В условиях типового технологического процесса деталь на операцию поверхностной закалки поступает после фрезерования. Отклонение формы (50 мкм < Р/ < 80 мкм на длине 100 мм), полученное на этой обработке, не позволит обеспечить равномерного зазора между поверхностью детали и индуктором, вследствие чего увеличивается деформация при термическом упрочнении. С учетом погрешностей, возникающих на предыдущей стадии технологического процесса, деформации материала при термическом упрочнении и погрешностей установки деталей, припуск на чистовую обработку равен г|=0,183 мм. Поэтому, на термической операции необходимо обеспечивать большую, чем заданную чертежом глубину упрочнения. Расчеты показали, что для данных условий технологическая глубина упрочнения должна быть равна к\ = 0,835 мм (рис. 7). При использовании предлагаемой комбинированной обработки первый переход - предварительное шлифование - обеспечивает постоянный зазор порядка 0,1 мм между индуктором и упрочняемой поверхностью, что приводит к появлению минимальной деформации, и как следствие этого, уменьшению припуска на окончательное шлифование до уровня 22=0,013 мм. В этом случае глубина закаленного слоя составляет порядка к2 = 0,524 мм (рис. 7).

Согласно уравнению (3), получаем функциональную зависимость технологических режимов ¡7„ (КД!) (рис. 7, кривые 1, 2). Любые сочетания режимов (Кд, #„), отвечающие данным зависимостям, позволяет при соответствующих условиях охлаждения обеспечить заданную глубину упрочнения. Пересечение функциональных зависимостей 1Р(КД,^„)= 0,25 и 1Р(КЯ//И) = 0,33 с кривыми 1,2 существенно сужает диапазон возможных сочетаний скорости и удельной

КГ 10°

количество циклов нагружения Рис. 6. Контактно-усталостная прочность: стали 45: 1 - после ВЭН ТВЧ; 3 - после ВЭН ТВЧ и выхаживания в течение 20 с; стали У8: 2 - после ВЭН ТВЧ; 4 - после ВЭН ТВЧ и выхаживания в течение 20 с.

10! Вт/м'

0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 Кд, м/с Рис. 7. Определение области режимов обработки стали У8 при закалке ВЭН ТВЧ на глубину:

1 - А = 0,835 мм; 2-й = 0,524 мм.

мощности источника нагрева (на рисунке данный диапазон ограничен соответствующими точками). В данном случае полученные режимы обработки гарантируют реализацию необходимой глубины закалки и рациональную величину переходной зоны.

Зная из эксперимента значение поверхностной микротвердости детали НУ20°", которое достигается при использовании конкретной марки стали при соответствующих режимах обработки, по зависимостям (5, 6) с учетом требуемых значений Латр и рассчитываются предельно допустимые значения шероховатости Каюп и волнистости Шглаа поверхности перед переходом «финишное шлифование» (рис.8). В свою очередь, по известной величине №гдоп согласно рис. 8, а определяем требуемые значения волнистости поверхности, которые должны быть достигнуты на черновых режимах шлифования в зависимости от числа проходов Л'пр. Пользуясь зависимостями I и 2, откладываем линии равной шероховатости и волнистости на области возможных режимов предварительного шлифования (рис. 9, б). В совокупности с линиями /, 2 (границы начала формирования дефектов при шлифовании закаленных и незакаленных сталей), с кривой 3 (совокупность режимов резания, при которых

наблюдается падение скорости резания), формируется область возможных режимов чернового шлифования, выбор которых может происходить по критерию: максимальная производительность обработки П0. При шлифовании незакаленной стали такому условию соответствуют режимы, обозначенные точкой А, а при обработке закаленной - точкой В. По графику (рис. 9, а) определяется требуемое количество проходов ТУпр. В случае, если это число дроб-

НУго, МПа

10000

0,1 1 10 30 100 твых, с Рис. 8. Зависимость шероховатости, волнистости и микротвердости поверхности от времени выхаживания

8 7 6 5 4 3 2 1

17 К, м/мин

а) б)

Рис. 9. Определение режимов обработки предварительного шлифования: а) определение необходимого количества проходов и требуемого значения волнистости поверхности после чернового шлифования; 6) определение области возможных режимов обработки при черновом шлифовании.

ное, то его округляют до ближайшего большего целого и проверяют значения волнистости и шероховатости поверхности, которые могут быть получены при соответствующем сочетании режимных параметров.

Таким образом, данная методика назначения режимов обработки позволяет комплексно подходить к обеспечению качества поверхностного слоя, т.е. совместно учитывать физико-механическое состояние, микро- и макрогеомет-рические параметры, которые должны быть достигнуты на завершающей стадии обработки жестких деталей. Расчетами, представленными в диссертационной работе, подтверждается, что предлагаемая комбинированная обработка по отношению к заводской финишной стадии технологического процесса позволяет:

- повысить производительность шлифования в 2...2,5 раза, за счет того, что основной припуск снимается в процессе шлифования сырого материала на более жестких режимах обработки;

- повысить производительность поверхностной закалки в 1,3 раза (за счет уменьшения технологической глубины упрочнения до 1,6 раз по отношению к традиционной технологии).

Шестой раздел посвящен промышленному использованию результатов диссертационных исследований.

Предлагаемая схема обработки была апробирована на: ЗАО «НовЭЗ» (Новосибирская обл., Искитимский район, р.п. Линёво) при обработке оси ролика конвейера; ООО «ПО«Пеноплэкс Новосибирск» (г. Новосибирск) при обработке губы для формовки теплоизоляционной плиты пеноплекс, работающей в условиях высоких температур и интенсивного износа; ООО «ЭкспертНефте-Газ» (г. Новосибирск) при изготовлении цилиндровых втулок поршневых буро-

вых триплехсных трёхплунжерных насосов ОО серии РАН. Показана эффективность применения методики назначения режимов для технологии интегрированной обработки, заключающаяся в повышении производительности, микротвердости и уровня сжимающих напряжений в поверхностном слое деталей машин, способствующих увеличению контактно-усталостной прочности.

Основные результаты и выводы

1. Установлено, что в условиях предложенного принципа интегрирования, позволяющего осуществить обработку деталей от одной технологической базы, становится возможным уменьшить припуск на окончательное шлифование и повысить качество поверхностного слоя изделий: сохранить значение твердости, уровень и характер распределения сжимающих остаточных напряжений, достигнутых на переходе поверхностной закалки ТВЧ.

2. Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что величина переходного слоя должна составлять 25...33 % от глубины упрочненного слоя, что обеспечивает смещение пика растягивающих напряжений в более глубокие слои материала при уменьшении величины сжимающих напряжений на поверхности в пределах 4...6 %, исключая при этом вероятность появления закалочных трещин.

3. Экспериментально установлено, что предлагаемая интегрированная обработка по отношению к заводской финишной стадии технологического процесса позволяет повысить производительность шлифования в 2...2,5 раза, за счет того, что основной припуск снимается в процессе шлифования сырого материала на форсированных режимах обработки.

4. На основе установленных функциональных зависимостей параметров волнистости и шероховатости поверхности от режимов предварительного шлифования и функциональных зависимостей волнистости, шероховатости и микротвердости поверхности детали от времени выхаживания, разработана методика назначения режимов для технологии комбинированной обработки, отличающаяся от известных тем, что назначение режимов осуществляется с учетом физико-механического состояния (глубина и твердость упрочнения слоя, характер распределения остаточных напряжений по глубине материала), микро- и макрогеометрических параметров (шероховатость, волнистость, отклонение формы) поверхности детали.

5. В ходе проведенных исследований установлено, что малая величина припуска на выхаживание, возникшая в результате поверхностной закалки за счет изменения удельных объемов структурных составляющих материала поверхностного слоя, гарантирует отсутствие прижогов и обеспечивает деформационное упрочнение поверхности детали. Это приводит к повышению твердости и сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое и, как следствие этого, способствует увеличению контактно-усталостной прочности сталей на 10... 16%.

6. Разработано оборудование, инструмент технология интегрированной обработки, внедрение в производство которых позволяет на заключительно

стадии технологического процесса изготовления деталей в сравнении с традиционной технологией достичь следующих результатов:

- повысить производительность обработки в 2,3...2,8 раза;

- повысить микротвердость и уровень сжимающих напряжений в поверхностном слое материала на 10... 15 %;

- исключить возможность появления брака при шлифовании.

Основные положения и результаты диссертационной работы отражены в следующих работах:

1. Иванцивский В. В. Моделирование остаточных напряжений при упрочнении объемными концентрированными источниками тепла / В. В. Иванцивский, В. Ю. Скиба // Материалы Российской научно-технической конференции "Наука. Промышленность. Оборона" - 2003. - С. 61-63.

2. Иванцивский В. В. Численное моделирование остаточных напряжений и деформаций при упрочнении ВЭН ТВЧ / В. В. Иванцивский, В. Ю. Скиба // Новые материалы и технологии в машиностроении: материалы всеросс. науч.-техн. конф, 24-26 мая 2004 г. / Рубцовский индустриальный институт. - Рубцовск, 2004 г. - С. 37-39.

3. Иванцивский В. В. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния материала при поверхностной закалке объемными концентрированными источниками тепла / В. В. Иванцивский, В. Ю. Скиба // Сборник научных трудов НГТУ. - 2004, №4(30). - С. 83-90.

4. Иванцивский В. В. Финишная стадия технологического процесса в условиях объединения поверхностной термической и финишной механической обработок на одном технологическом оборудовании / В. В. Иванцивский, В. Ю. Скиба // Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе : материалы 3-ей всероссийской науч.-практич. конф., 30-31 марта 2005 г. - Новосибирск, 2005 г. - С. 112-116.

5. Иванцивский В. В. Назначение режимов закалки с использованием концентрированных источников нагрева / В. В. Иванцивский, В. Ю. Скиба, Н. П. Степанова // Обработка металлов - 2005. - № 3 (28). - С. 22-24.

6. Иванцивский В. В. Интеграция поверхностно-термической и финишной механической операций на одном технологическом оборудовании / В. В. Иванцивский, В. Ю. Скиба, Н. П. Степанова // Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе : материалы 4-й всероссийской науч.-практич. конф., 23 марта 2006 г. - Новосибирск, 2006 г.-С. 17-19.

7. Иванцивский В. В. Совмещение операций поверхностной закалки и финишного шлифования на одном технологическом оборудовании / В. В. Иванцивский, В. Ю. Скиба//Обработка металлов - 2006. - № 1 (30).-С. 16-18.

8. Иванцивский В. В. Методика назначения рациональных режимов поверхностной закалки сталей с использованием концентрированных источников нагрева / В. В. Иванцивский, В. Ю. Скиба, Н. П. Степанова // Обработка металлов-2006.-№4(33).-С. 17-19.

9. Иванцивский В. В. Повышение поверхностной микротвердости стали при интеграции поверхностно-термической и финишной механической обработок / В. В. Иванцивский, В. Ю. Скиба // Научный вестник НГТУ - 2006. - № 3 (24).-С. 187-192.

10. Скиба В. Ю. Обеспечение требуемого характера распределения остаточных напряжений при упрочнении высокоэнергетическим нагревом токами высокой частоты / В. Ю. Скиба // Обработка металлов - 2007. - № 2 (35).-С. 25-27.

11. Иванцивский В. В. Методика назначения режимов обработки, обеспечивающих рациональное распределение остаточных напряжений при поверхностной закалке ВЭН ТВЧ / В. В. Иванцивский, В. Ю. Скиба, Н. П. Зуб И Научный вестник НГТУ - 2008. - № 3 (32). - С. 83-94.

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, тел./факс (383) 346-08-57 формат 60 X 84/16 объем 1.25 пл., тираж 100 экз.. заказ №1590 подписано в печать 13.10.08г.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Скиба, Вадим Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО МЕТОДА, ОСНОВАННОГО НА СОВМЕЩЕНИИ ПОВЕРХНОСТНО-ТЕРМИЧЕСКОЙ И ФИНИШНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТОК

НА ОДНОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ.

1.1. Особенности процесса абразивного шлифования и влияние данной операции на физико-механическое состояние поверхностного слоя детали.

1.2. Выбор источника концентрированной энергии.

1.2.1. Плазменное упрочнение металлических материалов.

1.2.2. Упрочнение металлических материалов лазерным излучением

1.2.3. Электронно-лучевая обработка.

1.2.4. Поверхностная закалка токами высокой частоты.

1.3. Стратегия обработки деталей машин на новом технологическом оборудовании.

1.3.1. Регулирование напряженно-деформированного состояния стали при абразивном шлифовании и поверхностной закалке ВЭНТВЧ.

1.3.1.1. Формирование остаточных напряжений при шлифовании

1.3.1.2. Формирование остаточных напряжений при поверхностной закалке ВЭНТВЧ.

1.3.2. Последовательность переходов при новом комбинированном методе обработки.

1.4. Выводы. Цель и задачи исследования.

2. ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1.Экспериментальная установка для поверхностной закалки ВЭН

2.2. Разработка станочного комплекса для комбинированной обработки на базе плоскошлифовального станка модели ЗГ71.

2.3. Энергетические испытания плоскошлифовального станка модели

ЗГ71.

2.4. Структурные исследования.

2.5. Оценка характеристик качества поверхностного слоя.

2.5.1. Определение микротвердости.

2.5.2. Исследование остаточных напряжений.

2.5.2.1. Рентгеновский метод определения остаточных напряжений

2.5.2.2. Механический метод определения остаточных напряжений. Метод полосок.

2.5.3. Выявление дефектов поверхностного слоя после операций

ВЭН ТВЧ и шлифования.

2.5.4. Определение отклонения формы, волнистости и шероховатости поверхности.

2.6. Контактно-усталостные испытания.

2.7. Выводы.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН ПРИ СОВМЕЩЕНИИ ФИНИШНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ПОВЕРХНОСТНО- ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТОК НА ОДНОМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ. 75 3.1. Качество обработанной поверхности при плоском шлифовании закаленной и незакаленной углеродистой стали.

3.2. Исследование физико-механических характеристик поверхностного слоя детали при закалке посредством ВЭН ТВЧ.

3.3. Качество обработанной поверхности детали при реализации нового метода комбинированной обработки.

3.4. Выводы.

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО

СОСТОЯНИЯ МАТЕРИАЛА.

4.1. Моделирование напряженно-деформированного состояния материала при поверхностной закалке.

4.1.1. Математическая модель напряженно-деформированного состояния материала при ВЭН ТВЧ.

4.1.2. Расчет физико-механические свойств стали при поверхностной закалке.

4.2. Контактно-усталостная прочность углеродистой стали при ВЭН

ТВЧ и совместной обработки ВЭН ТВЧ и шлифования.

4.3. Выводы.

5. МЕТОДИКА НАЗНАЧЕНИЯ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ ДЛЯ

НОВОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ.

5.1. Определение линейных операционных размеров из условия обеспечения глубины термоупрочняемого слоя.

5.2. Определение режимов обработки для операций шлифование и поверхностная закалка ВЭН ТВЧ.

5.3. Выводы.

6. ПРОМЫШЛЕННОЕ АПРОБИРОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

6.1. Промышленное апробирование новой схемы обработки деталей машин и методики назначения рациональных режимов поверхностной закалки с использованием концентрированных источников нагрева.

6.2. Разработка инструмента и технологических предложений для поверхностной закалки ВЭН ТВЧ отрезной губы автоматической линии по производству теплоизоляционной плиты пеноплекс.

6.3. Разработка инструмента, оборудования и технологических предложений для поверхностной закалки ВЭН ТВЧ цилиндровых втулок поршневых насосов.

6.4. Выводы.

Введение 2008 год, диссертация по обработке конструкционных материалов в машиностроении, Скиба, Вадим Юрьевич

Одним из значимых факторов технического прогресса в машиностроении является совершенствование технологических процессов и создание новых методов обработки, основанных на совмещении механического, химического, теплового и электрического воздействия.

В настоящее время развитие машиностроения характеризуется тем, что в одном агрегате концентрируются большие мощности, непрерывно происходит интенсификация процессов за счет повышения нагрузок и скоростей относительного перемещения контактирующих поверхностей. Возрастают требования в отношении износоустойчивости, усталостной прочности, антикоррозийных свойств, устойчивости при воздействии различных агрессивных сред и т. д. Важным условием повышения надежности и долговечности деталей машин является формирование в поверхностном слое, как наиболее нагруженном, структуры с высокой прочностью и вязкостью. Поэтому все более широкое распространение находят методы модифицирования поверхностных слоев деталей путем их специальной обработки с использованием источников концентрированной энергии.

Согласно традиционному подходу к технологии изготовления деталей машин, после поверхностно-термического упрочнения изделие проходит операцию чистовой механической обработки для получения окончательной геометрической и размерной точности, а так же шероховатости поверхности. Самым распространенным и производительным процессом финишной механической обработки является абразивное шлифование. Данный процесс характеризуется высокой теплонапряженностью в зоне резания, что может повлечь за собой изменение комплекса физико-механических свойств, достигнутого на стадии термического упрочнения.

Одним из вариантов борьбы с отрицательными явлениями при абразивном шлифовании является уменьшение припуска на обработку. Но операции поверхностной закалки и финишной обработки в технологическом процессе изготовления деталей машин являются разделенными, т.е. выполняются на различном технологическом оборудовании. Недостатком такого подхода является то, что припуск на финишную обработку должен быть достаточно большим, достигающим при определенных условиях заданной глубины упрочнения, поскольку необходимо предусмотреть не только остаточные деформации, неизменно появляющиеся после термообработки, но и погрешности установки. В результате чего наблюдается спад производительности и нерациональное использование энергии: первоначально на стадии термической операции необходимо упрочнить деталь на большую глубину, а затем на финишной механической операции удалить наиболее эффективный поверхностный слой.

Поскольку, отрицательное влияние тепловых процессов при абразивном шлифовании тем ярче выражено, чем больший припуск оставляется на финишную операцию, то наиболее простым и надежным средством снижения теплонапряженности процесса шлифования является уменьшение глубины резания за счет снижения в целом припуска на окончательную обработку. Для осуществления этого подхода необходимо повысить требования к точности предварительной механической обработки, а так же к методу упрочнения поверхностного слоя (снижение температурных и деформационных поводок детали). Но даже соблюдение этих условий не позволяет уменьшить припуск на чистовую обработку до минимума, так как не исключается погрешность установки детали.

По нашему мнению, одним из наиболее перспективных направлений в решении данной проблемы, является объединение операций финишной механической и поверхностной термической обработки на одном технологическом оборудовании. Это становится возможным, если оснастить металлорежущий станок, используемый на финишной механической обработке, дополнительным концентрированным источником энергии.

Для получения максимального эффекта при обработке стальных жестких деталей процесс изготовления изделия строится следующим образом: первый переход - черновое шлифование поверхности детали в окончательный размер, заданный чертежом; второй переход - поверхностная закалка на заданную глубину упрочнения; третий переход - окончательное шлифование и выхаживание.

При таком построении финишной стадии технологического процесса припуск на окончательное шлифование минимален и процесса резания практически не происходит. Согласно классификации С. Н. Полевого [1], процесс окончательного шлифования относится к методам упрочнения металлов с изменением шероховатости поверхности. Следовательно, следует ожидать получение дополнительного эффекта упрочнения при выхаживании, за счет пластического деформирования абразивными зернами поверхностного слоя обрабатываемой детали.

Данная диссертационная работа выполнялась в рамках государственной научно-технической программе: федеральная целевая научно-техническая программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002 — 2006 гг. (государственный контракт 02.438.11.7025 на научно-исследовательскую работу по теме 2005-РИ-16.0/024/023).

Поставленные в диссертационной работе задачи последовательно решаются в шести главах.

В первом разделе обосновывается актуальность решаемой проблемы, представлен обзор технической литературы по проблеме обеспечения требуемого качества поверхностных слоев материала при использовании традиционного построения финишной стадии технологического процесса обработки деталей, содержащих операции поверхностной закалки и финишного шлифования. Сформулированы цель и задачи исследования.

Во втором разделе приведено обоснование выбора материалов исследования. Дано подробное описание экспериментальных установок и методик проведение исследований.

В третьем разделе представлены результаты экспериментальных исследований микротвердости, величины и характера распределения остаточных напряжений по глубине упрочненного слоя после ВЭН ТВЧ и финишного шлифования. Установлено, что основным фактором, определяющим величину и характер распределения остаточных напряжений при заданной глубине упрочнения, является величина переходной зоны. Показано, что при реализации предлагаемой комбинированной обработки, процесс выхаживания позволяет повысить величину поверхностной микротвердости и уровень сжимающих напряжений в поверхностном слое материала, и существенно снизить шероховатость поверхности.

В четвертой главе приведены математическая модель напряженно-деформированного состояния металла при поверхностной закалке.

В пятой разделе приведена новая методика назначения режимов для предлагаемой комбинированной обработки. Приведен расчет линейных операционных размеров из условия обеспечения заданной глубины термоупроч-няемого слоя для разработанной комбинированной обработки.

В шестой главе приведены результаты апробации работы и показана эффективность внедрения в производство новой технологии финишной стадии технологического процесса.

На защиту выносятся:

1. Результаты исследований влияния чернового шлифования на основные показатели качества поверхности деталей машин.

2. Предложения по формированию рациональных остаточных напряжений по глубине упрочненного слоя при высокоэнергетическом нагреве токами высокой частоты (ВЭН ТВЧ).

3. Результаты экспериментальных исследований, отражающие влияние времени выхаживания на микротвердость, шероховатость и волнистость поверхности.

4. Результаты экспериментальных исследований контактноусталостной прочности деталей, изготовленных по предлагаемому методу комбинированной обработки.

5. Методика назначения технологических режимов для технологии комбинированной обработки.

Научная новизна работы:

Практическая ценность работы.

- повысить производительность обработки в 2.2,5 раза;

- повысить микротвердость и уровень сжимающих напряжений в поверхностном слое материала на 10. 15 %;

- исключить возможность появления брака по прижогам при финишном шлифовании;

- повысить контактно-усталостную долговечность деталей на 10. 16%;

3 Спроектированы, изготовлены и внедрены в производство станочные системы, реализующие идею интеграции операций поверхностной закалки и финишного шлифования на одном технологическом оборудовании.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона», г. Новосибирск, 2003; Всероссийской научно-технической конференции "Новые материалы и технологии в машиностроении", г. Рубцовск, 2004 г.; Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе", г. Новосибирск, 2005 г, 2006 г.; Всероссийской научно-технической конференции "Современная электротехнология в промышленности России", г. Тула, 2007 г. Результаты диссертационной работы отмечены научным грантом имени Александра Ивановича Белосохова от ОАО «НЗХК», г. Новосибирск, 2006 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них: 4 статьи в журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ, 3 - в сборниках научных трудов, 4 — в сборниках трудов международных и Всероссийских научно-технических конференций.

Заключение диссертация на тему "Повышение эффективности технологического процесса обработки деталей машин при интеграции абразивного шлифования и поверхностной закалки ТВЧ"

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

2. Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что величина переходного слоя должна составлять 25.33 % от глубины упрочненного слоя, что обеспечивает смещение пика растягивающих напряжений в более глубокие слои материала при уменьшении величины сжимающих напряжений на поверхности в пределах 4.6 %, исключая при этом вероятность появления закалочных трещин.

3. Экспериментально установлено, что предлагаемая интегрированная обработка по отношению к заводской финишной стадии технологического процесса позволяет повысить производительность шлифования в 2.2,5 раза, за счет того, что основной припуск снимается в процессе шлифования сырого материала на форсированных режимах обработки.

6. Разработано оборудование, инструмент технология интегрированной обработки, внедрение в производство которых позволяет на заключительно стадии технологического процесса изготовления деталей в сравнении с традиционной технологией достичь следующих результатов:

- повысить производительность обработки в 2,3.2,8 раза;

- повысить микротвердость и уровень сжимающих напряжений в поверхностном слое материала на 10. 15 %;

- исключить возможность появления брака при шлифовании.

Библиография Скиба, Вадим Юрьевич, диссертация по теме Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

1. Полевой С.Н. Упрочнение машиностроительных материалов: Справочник / С.Н. Полевой, В.Д. Евдокимов. М.: Машиностроение, 1994.-496с.

2. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей электромеханической обработкой / Б.М. Аскинази // Тракторы и сельхоз. Машины. -1998.- №6. -С. 52-56.

3. Гуреев Д.М. Лазерное-ультрозвуковое упрочнение поверхности стали / Д.М. Гуреев // Перспективные материалы. 1999. - № 3. - С. 82 - 87.

4. Карпенко Г.В. Упрочнение сталей механической обработкой / Г.В. Карпенко, И.В. Карпенко, Э.И. Гутман. Киев, 1966. - 202 с.

5. Бучма В.И. Повышение износостойкости направляющих путем фрик-ционно-упрочняющей обработки / В.И. Бучма, В.М. Гурей, Ю.И. Бабей// Станки и инструмент. 1978. - №4. - С. 35-36.

6. Затуловский Д.М. Электромеханическая обработка инструментальных сталей / Д.М. Затуловский, В.В. Сафронов// Исследование процессов производства и проектирования изделий машиностроения. — Орёл: Приок-ское кн. из-во, 1978. — 233 с.

7. Муханов И.И. Упрочняюще-чистовая обработка стальных деталей лучом лазера и ультразвуковым инструментом / И.И. Муханов, В.И. Синдеев

8. Новые методы упрочнения и обработки металлов. — Новосибирск: НЭТИ, 1979.-218 с.

9. Тушинский Л.И., Плохов А.В. Исследование структуры и физико-механических свойств покрытий / Л.И. Тушинский, А.В. Плохов Новосибирск: Наука, 1986. - 200 с.

10. Ящерицын П.И. Технологическая наследственность и эксплуатационные свойства шлифованных деталей / П.И. Ящерицын. -Минск: Наука и техника, 1971. -212 с.

11. Карпов Л.И. Констукторско-технологическое обеспечение качества деталей машин / Л.И. Карпов, Ю.Ф. Назаров, В.Х. Постаногов // Вестник машиностроения. 1993. - №1. - С. 7 - 10.

12. Шульман П.А. Качество поверхности, обработанной алмазами/ П.А. Шульман, Ю.И. Созин, Н.Ф. Колиснеченко и др. // Под. ред. В.Н. Бакуль -Киев: Техника, 1972. 148 с.

13. Сипайлов В. А. Тепловые процессы при шлифовании и управление качеством поверхности / В.А. Сипайлов. М.: Машиностроение, 1978.- 167 с.

14. Якимов А. В. Оптимизация процесса шлифования / А.В. Якимов. -М.: Машиностроение, 1975. 176 с.

15. Евсеев Д.Г. Формирование свойств поверхностных слоев при абразивной обработке / Д.Г.Евсеев. Саратов, 1975. — 127 с.

16. Ящерицын П.И. Шлифование металлов / П.И. Ящерицын, Е.А. Жалнерович. Минск: Беларусь, 1963. - 356 с.

17. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов / Е.Н. Маслов. М.: Машиностроение, 1974. - 320 с.

18. Резников А.Н. Теплофизика резания / А.Н. Резников. М., 1969.288 с.

19. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов / А.Н.Резников. М., 1981. - 279 с.

20. Резников А.Н. Тепловые процессы в технологических системах: Учебник для ВУЗов / А.Н. Резников, Л.А. Резников. М., 1990. - 288 с.

21. Алябьев А .Я. Исследование тепловых явлений при шлифовании металлов / А.Я. Алябьев. — Киев, 1959. 15 с.

22. Даукнис В.И. Некоторые изменения поверхностного слоя в процессе шлифования / В.И. Даукнис. Каунас: Литов. с/х академия, 1954. - 16 с.

23. Захаренко И.П. Прогрессивные методы абразивной обработки металлов / И.П. Захаренко, Ю.Я. Савченко, В.И. Лавриненко и др. — Киев: Техника, 1990.- 151 с.

24. Бокучава Г.В. Температура резания при шлифовании / Г.В. Бокуча-ва // Вестник машиностроения. 1963. - №11. — С. 62 - 66.

25. Гуськов В.Т. Исследование влияния высокоскоростных тепловых процессов на характер структурных превращений при абразивной обработке / В.Т. Гуськов. Саратов, 1973. - 36 с.

26. Комиссаржевская В.Н. Высокопроизводительное шлифование / В.Н. Комиссаржевская, М.З. Лурье. М.: Машиностроение, 1976. - 30 с.

27. Королёв А.В. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке / А.В. Королёв. Саратов, 1975.- 180 с.

28. Ланда В.А. Исследование структурных превращений, возникающих при шлифовании инструментальных сталей / В.А. Ланда. М., 1961. - 16 с.

29. Лоскутов В.В. Шлифование металлов / В.В. Лоскутов. М.: Машиностроение, 1970. -264 с.

30. Лурье Г.Б. Состояние и перспективы развития технологии машиностроения / Г.Б. Лурье. М.: Машиностроение, 1980. - 47 с.

31. Лурье Г.Б. Шлифовальные станки и их наладка / Г.Б. Лурье, В.Н. Комиссаржевская. — М.: Машиностроение, 1976. — 30 с.

32. Николаев С.В. Исследование технологических факторов процесса скоростного шлифования закалённой стали и чугуна / С.В. Николаев. Куйбышев, 1978.-20 с.

33. Носач М.Я. Прогрессивные процессы абразивной обработки в машиностроении / М.Я. Носач. М.: Машиностроение, 1966. - 99 с.

34. Грозин Б.Д. Структурные превращения при шлифовании / Б.Д. Гро-зин // Качество поверхностей деталей машин: Сб. науч. тр. Киев: АН УССР, 1961.-С. 23-36.

35. Костецкий Б.И. О физической сущности шлифования закаленной стали / Б.И. Костецкий // Высокопроизводительное шлифование: Сб. науч. тр. Киев: АН УССР, 1962. - С. 16-23.

36. Редько С.Г. К вопросу о механизме формирования свойств поверхностного слоя деталей при шлифовании / С.Г. Редько. М.: ВНИИПП, 1961. -25 с.

37. Рыжов Э.В. Качество поверхности при алмазно-абразивной обработке / Э.В. Рыжов, А.А. Сагарда, В.Б. Ильицкий и др. Киев: Наук, думка, 1979.-244 с.

38. Phillips V.A. // Acta Met. 1963. - Vol. 11,№10.-P.1139.

39. Лебедев В.Г. Гибкое управление качественными характеристиками шлифуемых деталей. Автореф. дис. . д-ра техн. наук / В.Г. Лебедев Ленинград: Ленингрд. политех, ин-т, 1987. - 33 с.

40. Корчак С.Н. Производительность шлифования стальных деталей / С.Н. Корчак. М.: Машиностроение, 1974. - 280 с.

41. Ящерицын П.И. Тепловые явления при шлифовании и свойства обработанных поверхностей / П.И. Ящерицын, А.Е. Цекур, И.Л. Еременко. -Минск: Наука и техника, 1978. 182 с.

42. Сипайлов В.А. Тепловые процессы при шлифовании и управление качеством поверхности / В.А. Сипайлов. М., 1978. - 168 с.

43. Speich G.R., Szirmae А. // Trans. AIME. 1969. - Vol. 245, № 5. - P.1063.

44. Коротков A.H. Повышение работоспособности отрезных шлифовальных кругов на основе использования шлифовальных зерен с контролируемой формой / А.Н. Коротков, Г.М. Дубов // Обработка металлов. 2005. -№ 1.-С. 6-8.

45. Панкин А.В. Обработка металлов резанием / А.В. Панкин М.: Гос. науч.-техн. изд-во машиностр. литературы. - 1961.

46. Эльянов В.Д. Шлифование в автоматическом цикле / В.Д. Эльянов. -М.: машиностроение, 1980.- 101 с.

47. Костецкий Б.И. Термический режим шлифования //Вестник машиностроения / Б.И. Костецкий. 1947. - №6. - С. 36-43.

48. Якимов А.В. Управление процессом шлифования / А.В. Якимов,

49. A.Н. Паршаков, В.И. Свирщев, В.П. Ларшин. Киев, 1983. - 184 с.

50. Абрамов В.В. Остаточные напряжения и деформации в металлах. Расчеты методом расчленения тела /В.В. Абрамов. М.: Машгиз, 1963.

51. Харцбекер К.И. Высокоскоростное шлифование закаленных сталей без охлаждения //Вестник машиностроения / К.И. Харцбекер, В.К. Старков, Д.С. Овчинников. 2002. - №9. - С. 43-50.

52. Якимов А.В. Прерывистое шлифование / А.В. Якимов. Киев-Одесса; Вища школа, 1986. - 176 с.

53. Старков В.К. Термодинамика высокоскоростного шлифования без применения смазочно-охлаждающих средств //Вестник машиностроения /

54. B.К. Старков. 2002. - №9. - С. 50-55.

55. Чирков Г.В. Исследование процесса обработки материалов импрег-нированными абразивно-алмазными инструментами //Вестник машиностроения / Г.В. Чирков. 2002. - №8. - С. 45-46.

56. Василенко Ю.В. Прогрессивная технологическая оснастка для подачи СОТС при абразивной обработке / Ю.В. Василенко //Известия Орловского государственного технического университета. Машиностроение. Приборостроение. 2003. - №1. - С.12-14.

57. Василенко Ю.В. Совершенствование техники подачи СОТЖ при плоском шлифовании периферией круга / Ю.В. Василенко // Fundamental and applied technological problems of machine building- Technology- 2003 / Орел : Изд-во ОрелГТУ, 2003. С. 106-109.

58. Смазочно-охлаждающие технические средства для обработки металлов резанием: Справочник. / Под ред. С.Г. Энелиса и Э.М. Берлинера. -М., 1986.-352 с.

59. Худобин Л.В. Эффективность струйно-напорного внезонного охлаждения при шлифовании врезанием / Л.В. Худобин, Ю.В. Полянсков // Вестник машиностроения. 1968. — №5. - С. 63-65.

60. Худобин Л.В. Техника применения смазочно-охлаждающих средств в металлообработке / Л.В. Худобин, Е.Г. Бердничесвский. М.: Машиностроение, 1977. - 189 с.

61. Худобин Л.В. Влияние загрязнения СОЖ на качество поверхностного слоя шлифованных деталей / Л.В. Худобин, М.С. Степаков // Вестник машиностроения. 1990. - №4. - С.51-54.

62. Островский В.И. Теоретические основы процесса шлифования / В.И. Островский. Л., 1981.-142 с.

63. Лурье Г.Б. Шлифование металлов / Г.Б. Лурье. М.: Машиностроение, 1969.- 172 с.

64. Худобин Л.В. Шероховатость поверхностей деталей, шлифованных композиционными кругами / Л.В. Худобин, Н.И. Веткасов, С.М. Михайлин // Вестник УлГТУ. 2006. - №1. - С. 12-14.

65. Евсеев Д. Г. Физические основы процесса шлифования / Д. Г. Евсеев. Саратов, 1978. - 129 с.

66. Наерман Я.М. Исследование процесса шлифования с одновременным упрочнением обрабатываемой поверхности / ЯМ. Наерман.-М., 1979.-29 с.

67. Бояршинов Ю.А. Упрочняющее шлифование с поперечной подачей / Ю.А. Бояршинов, Л.А. Ложкина // Совершенствование процессов абразивно-алмазной и упрочняющей технологии в машиностроении: Сб. науч. тр. -Пермь, 1983.-С. 64-69.

68. Наерман М.С. Шлифование с одновременным упрочнением обрабатываемой поверхности / М.С. Наерман, В.Д. Кальнер // Вестник машиностроения. 1977. - №1. - С. 64-66.

69. Аксенов В.А. Связь режимов обработки с тепловыми явлениями при шлифовании / В.А. Аксенов, Ю.С. Чесов, В.В. Иванцивский // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1988. - №8. - С. 124-127.

70. Бояршинов Ю.А. Эффективность упрочнения сталей на белый слой в процессе шлифования / Ю.А. Бояршинов, JI.B. Заякина, JI.B. Ушатов // Структура и свойства упрочненных конструкционных материалов: Межвуз. сб. науч. тр. Новосибирск: НЭТИ, 1990. - С. 82-90.

71. Аксенов В.А. Анализ термических циклов при упрочняющем шлифовании / В.А. Аксенов, Ю.С. Чесов, В.В. Иванцивский // Объемное и поверхностное упрочнение деталей машин: Межвуз. сб. науч. тр. Новосибирск: НЭТИ, 1987. - С. 82-89.

72. Е. Brinksmeier. Utilization of grinding heat as a new heat treatment process / E. Brinksmeier, T. Brockhoff// Annals of the CIRP. -1996. № 45. - P. 283-286.

73. Zarudi. A revisit to some wheel-workpiece interaction problems in surface grinding / I. Zarudi, L.C. Zhang // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2002. - Vol. 42, № 8. - P. 905-913.

74. Zarudi. Mechanical property improvement of quenchable steel by grinding /1. Zarudi, L.C. Zhang // Journal of Materials Science. 2002. - Vol. 37, № 18.-P. 3935-3943.

75. T. Nguyen. Grinding-hardening with liquid nitrogen: Mechanisms and technology / T. Nguyen, I. Zarudi, L.C. Zhang // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2007. - Vol. 47. - P. 97-106.

76. Белый А.В. Поверхностная упрочняющая обработка с применением концентрированных потоков энергии / А.В. Белый, Е.М. Макушок, И.Л. По-боль. Минск. : Навука i тэхшка, 1990. - 179 с.

77. Григорянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов / А.Г. Гри-горянц. -М. : Машиностроение, 1989. 304 с.

78. Григорьянц А.Г. Методы поверхностной лазерной обработки / А.Г. Григорьянц, А.Н. Сафонов. М. : Высшая школа, 1987. - 191 с.

79. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник/ Н.Н. Рыкалин, А.А. Углов, И.В. Зуев, А.Н. Кокора. М. : Машиностроение, 1985.-496 с.

80. Реди Дж. Промышленное применение лазеров / Дж. Реди. М. : Мир, 1981.- 638 с.

81. Миркин Л.И. Физические основы обработки материалов лучами лазера / Л.И. Миркин. М. : Изд-во МГУ, 1975.-383 с.

82. Новые высокоэнергетические технологии упрочнения металлов / под ред. Л.И. Тушинского. Новосибирск, 2000.-51 с.

83. Малаховский В.А. Плазменные процессы в сварочном производстве / В.А. Малаховский. М. : Высшая школа, 1988. - 73 с.

84. Плазменное поверхностное упрочнение / JI.K. Лещинский, С.С. Самотугин, И.И. Пирч, В.И. Комар. Киев : Техника, 1990. - 109 с.

85. Донской А.В. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении / А.В. Донской, B.C. Клубникин. Л. : Машиностроение, 1979. -221 с.

86. Усов Л.Н. Применение плазмы для получения высокотемпературных покрытий / Л.Н. Усов, А.И. Борисенко. — М. : Л. : Наука, 1965. - 86 с.

87. Упрочнение инструмента из быстрорежущих сталей обработкой плазменной струей / С.С. Самотугин, А.В. Ковальчук, О.И. Новохацкая, В.М. Овчинников, В.И. Муфлер // Металловедение и термическая обработка металлов. 1994. - № 2. - С. 5-8.

88. Определение характеристик трещиностойкости углеродистых сталей, упрочненных плазменной струей / С.С. Самотугин, Л.К. Лещинский, И.И. Пирч и др. // Заводская лаборатория. 1985. - № 7. - С. 69-71.

89. Кулагин И.Д. Плазменная обработка материалов / И.Д. Кулагин. -М.:Машиностроение, 1969. 100 с.

90. Перспективы применения плазменной техники и технологии в металлургии и машиностроении / Тез. докл. — Челябинск, 1991. 71 с.

91. Плазменная техника и технология и их применение на предприятиях республики. -Казань. 1981 - 86 с.

92. Ashby M.F. The Transformation Hardening of Steel surfaces by Laser Beam / M.F. Ashby, K.E. Easterling. // Acta Metallurgica. 1984. - V. 32. - № 11.-P. 1935-1948.

93. Механические свойства стали 20ХН2М после лазерной обработки / А. Амулявичус, М. Бальчунене, Бр. Петретис, Д. Юзакенас // Металловедение и термическая обработка металлов. 1994. - № 1. - С. 12-14.

94. Микроструктура и износостойкость стали 40X10С2М после обработки С02-лазером / Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н., Алексеенко С.И. и др. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1989. - № 11. - С. 2- 6.

95. Действие излучения большой мощности / под ред. A.M. Бонч-Бруевича. М. : Наука, 1970. - 272 с.

96. Взаимодействие лазерного излучения с металлами / под ред. A.M. Прохорова. М. : Наука, 1988. - 532 с.

97. Электронно-лучевая технология / 3. Шиллер, И. Гайзиг, 3. Панцер. -М. : Энергия, 1980. 540 с.

98. Spenser L. V. Theory of electron penetration / L. V. Spenser. Phys. Rev. 1955. - 98, №6. - P. 1597 - 1615.

99. Интенсивные электронные пучки. Физика. Техника. Применение / Е.А. Абрамян, Б.А. Альтеркоп, Г.Д. Кулешов. М. : Энергоатомиздат, 1984. -232 с.

100. Вассерман С.Б. О применении импульсных электронных пучков. — Отчет ИЯФ СО АН СССР / С.Б. Вассерман. Новосибирск: ИЯФ СО АН СССР. - 1984.

101. О поверхностной закалке стали концентрированным электронным пучком в атмосфере: Препринт № 88-73 / А.Ф. Вайсман, С.Б. Вассерман, М.Г. Голковский, В.Д. Кедо, Р.А. Салимов. Новосибирск, 1988. - 32 с.

102. Устройство для вывода в атмосферу адиабатически сжатого интенсивного электронного пучка / Н.К. Куксанов, Р.А. Салимов, С.Н. Фадеев. Новосибирск, 1991. - 28 с.

103. Полевой С.Н. Упрочнение машиностроительных материалов: справочник / С.Н. Полевой, В.Д. Евдокимов. М. : Машиностроение, 1994.-496с.

104. Вассерман С.Б. Импульсный ускоритель электронов с большой частотой повторения / С.Б. Вассерман, В.М. Радченко. — Тез. докл. V Всесоюзного симпозиума по сильноточной электронике. Томск. - 1984. — Т 2. — С. 43-44.

105. Влияние мощного электронного облучения на структуру и свойства сталей и сплавов / Е.С. Мачурин, Г.И. Алексеев, А.Г. Фаробин, В.П. Кули-ченко, Н.П. Кулиш, Н.А. Мельникова, П.В. Петренко // Физика и химия обработки материалов. 1986. - № 5. - С. 26-29.

106. Попов В. Ф. Процессы и установки электронно-ионной технологии / В. Ф. Попов, Ю.Н. Горин. М. : Высшая школа, 1988. - 255 с.

107. Основы электронно-лучевой обработки материалов / Н.Н. Рыка-лин, И.В. Зуев, А.А. Углов. -М. : Машиностроение, 1978.-239 с.

108. Введение в технологию электронно-лучевых процессов / под ред. Н.А. Ольшанского. М. : Металлургия, 1965. - 395 с.

109. Клебанов Г.Н. Сварка и обработка материалов электронным лучом / Г.Н. Клебанов. М. : Машиностроение, 1968. - 42 с.

110. Зуев И.В. Обработка материалов концентрированными потоками энергии / И.В. Зуев. М. : Изд-во МЭИ, 1998.- 162 с.

111. Шипко А.А. Упрочнение сталей и сплавов с использованием электронно-лучевого нагрева / А. А. Шипко. Минск: Наука и техника, 1995.-280 с.

112. Закалка стальных цилиндрических изделий концентрированным электронным пучком, выпущенным в атмосферу / М.Г. Голковский, В.А. Ба-таев, А.Ф. Вайсман // Актуальные проблемы электронного приборостроения / Тез. докл. научно-техн. конф. Новосибирск, 1998.

113. Белый А.В. Поверхностная упрочняющая обработка с применением концентрированных потоков энергии / А.В. Белый, Е.М. Макушок, И.Л. Поболь. Минск, 1990. - 79 с.

114. Головин Г.Ф. Высокочастотная термическая обработка: Вопросы металловедения и технологии / Г.Ф. Головин, М.М. Замятнин. JL: Машиностроение, 1990. - 239 с.

115. Демичев А.Д. Поверхностная закалка индукционным способом / А.Д. Демичев. JL: Машиностроение, 1979. - 80 с.

116. Карпенко И.В. Импульсное индукционной упрочнение стали / И.В. Карпенко, Л.Ф. Кленова // Новые металлы и технология термической обработки металлов: Тез. докл. Всесоюзной науч.-техн. конференции. Киев: МНДТП, 1985.-С. 208.

117. Щукин В.Г. Теплофизика ВЧ импульсной закалки стальных деталей / В.Г. Щукин, В.В. Марусин. Новосибирск, 1990. - 46 с. - (Препринт/ ИТ СО АН СССР № 239-90).

118. Жуков М.Ф. Высокочастотная импульсная закалка стали / М.Ф. Жуков, В.Г. Щукин, В.А. Неронов, В.В. Марусин // Физ. хим. обработки материалов. 1994. - № 6. - С. 98-108.

119. Дворников В.Н. Импульсная закалка с высокоэнергетического нагрева ТВЧ / В.Н. Дворников, П.И. Русин // Новые металлы и технология термической обработки металлов: Тез. докл. Всесоюзной науч.-техн. конференции. Киев: МДНТП, 1985. - С. 38-40.

120. Русин П.И. Закалка стали при высококонцентрированном источнике нагрева ТВЧ / П.И. Русин, В.Н. Дворников, А.Д. Степанович // Структура и свойства материалов. Новокузнецк, 1988. - ч. 1. — С. 86-87.

121. Якимов А.В. Абразивно-алмазная обработка фасонных поверхностей / А.В.Якимов. М., 1984. - 312 с.

122. Маталин А.А. Качество поверхности pi эксплуатационные свойства деталей машин / А.А. Маталин. Л., 1956. - 252 с.

123. Демкин Н.Б. Качество поверхности и контакт деталей машин / Н.Б. Демкин, Э.В. Рыжов. -М., 1981.-244 с.

124. Биргер И. А. Остаточные напряжения / И.А. Биргер. М.: Маш-гиз, 1963.

125. Чернышев Г.Н., Попов А. Л., Козинцев В. М. Полезные и опасные остаточные напряжения / Г.Н. Чернышев, А.Л. Попов, В.М. Козинцев // Природа. 2002. - №10. - С. 15 - 21.

126. Абрамов В.В. Новый расчетный метод вычисления термических напряжений /В.В. Абрамов. Горький, 1958.

127. Абрамов В.В. Таблицы для вычисления температурных напряжений в полосе, пластине и цилиндре методом расчленения тела /В.В. Абрамов. Горький, 1961.

128. Абрамов В.В. Напряжения и деформации при термической обработке стали / В.В. Абрамов. Киев; Донецк: Вища шк., 1985. - 133 с.

129. Биргер И.А. Остаточные напряжения в элементах конструкций / И.А. Биргер //Тр. И. Всесоюз. симп. по остаточ. технолог, напряжениям, Москва, 1985. М.: ИПМ АН СССР, 1985. - С. 5 - 17.

130. Поздеев А.А. Остаточные напряжения: теория и приложения / А.А. Поздеев, Ю.И. Няшин, П.В. Трусов. -М.: Наука, 1982.

131. Поздеев А.А. Остаточные напряжения: теория и приложения / А.А. Поздеев, Ю.И. Няшин, П.В. Трусов. М.: Наука, 1982. - 302с.

132. Головин Г.Ф. Остаточные напряжения, прочность и деформации при поверхностной закалке токами высокой частоты / Г.Ф. Головин Л.: Машиностроение, 1973. - 144 с.

133. Болотин В.В. Механика многослойных конструкций / В.В. Болотин, Ю.Н. Новичков. М.: Машиностроение, 1980. - 376 с.

134. Дель Г.Д. Технологическая механика / Г.Д. Дель М.: Машиностроение, 1978.- 173 с.

135. Кампю Ф. Влияние остаточных напряжений на работу конструкций / Кампю Ф. // Остаточные напряжения. М.: Изд-во иностр. лит., 1957. -С. 9-33.

136. Скороходов А.Н. Остаточные напряжения в профилях и способы их устранения / А.Н. Скороходов, Е.Г. Зудов, А.А. Киричков. М.: Металлургия, 1985.- 184 с.

137. Хоргер О. Влияние остаточных напряжений на усталостную прочность деталей машин и смежные явления / О. Хоргер, Г. Нейферт // Остаточные напряжения. -М.: Изд-во иностр. лит., 1957. С. 243 - 281.

138. Хорн М. Р. Влияние остаточных напряжений на работу пластических конструкций / М.Р. Хорн // Остаточные напряжения. М.: Изд-во иностр. лит., 1957. - С. 120 - 146.

139. Подзей А.В. Технологические остаточные напряжения / А. В. Под-зей. М.: Машиностроение, 1973. - 216 с.

140. Кулаков Ю.М. Предотвращение дефектов при шлифовании / Ю.М. Кулаков, В.А. Хрульков, И.В. Дунин-Барковский. М., 1975. - 143 с.

141. Свирщев В.И. Способ исключения возникновения остаточных напряжений в поверхностном слое шлифуемых деталей / В.И. Свирщев // Совершенствование процессов абразивно-алмазной и упрочняющей обработки в машиностроении: Сб. науч. тр. Пермь, 1987. - С. 64-69.

142. Ящерицын П.И. Повышение эксплуатационных свойств шлифованных поверхностей / П.И. Ящерицын. Минск: Беларусь, 1966. - 384 с.

143. Маталин А.А. Повышение долговечности деталей в процессе их механической обработки / А.А. Маталин // Технологические методы повышения точности, надежности и долговечности в машиностроении: Сб. науч. тр. Одесса: НТОмашпром, 1966. - С. 34-54.

144. Кидин И. Н. Физические основы электротермической обработки материалов и сплавов / И. Н. Кидин. М.: Металлургия, 1969. - 376 с.

145. Гриднев В.Н. Физические основы электротермического упрочнения стали / В.Н. Гриднев, Ю.Я. Мешков, С.П. Ошкодеров, В.И. Трефилов. -Киев: Наукова думка, 1973. 335 с.

146. Шепеляковский К.З. Упрочнение деталей машин поверхностной закалкой при индукционном нагреве / К.З. Шепеляковский. М.: Машиностроение, 1972. -288 с.

147. Справочник технолога-приборостроителя. В 2-х т. Т. 1. / Под ред. А.Н. Малова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1979. - 607 с.

148. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник / Под ред. В.И. Баранникова. М.: Машиностроение, 1990. -400 с.

149. Обработка металлов резанием: Справочник технолога / Под общ. ред. А.А. Панова. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение,2004.-784 с.

150. Справочник технолога машиностроителя // Под ред. A.M. Даль-ского, А.Г. Суслова, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. - М.: Машиностроение, 2001. Т. 1,2.

151. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник. Методы испытаний и исследования / под ред. M.JI. Бернштейна, Г.М. Рахштад-та. -М. : Металлургия, 1991. Т.1. - Кн. 1. - 304 с.

152. Коваленко B.C. Металлографические реактивы. Справочник / B.C. Коваленко. М. : Металлургия, 1981.-121 с.

153. Беккерт М. Способы металлографического травления / М. Беккерт. М. : Металлургия, 1988. - 400 с.

154. Металлография железа. Т. 1. Основы металлографии : пер. с англ. / под. ред.Ф. Н. Тавадзе. М, : Металлургия, 1972. - 240 с.

155. Измерение микротвёрдости вдавливанием алмазных наконечников: ГОСТ 9450-76. Введ. 1977-01-01-М., 1993.- 11 с.

156. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы испытаний на контактную усталость: ГОСТ 25.501-78. — М. : Изд-во стандартов, 1978.-94 с.

157. Шур Е.А. Структура и контактно-усталостная прочность / Е.А. Шур // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1978. № 8. -С.37-43.

158. Лурье Г.Б. Шлифование металлов./ Г.Б. Лурье. М.: Машиностроение, 1969. - 172 с.

159. Филимонов Л.Н. Плоское шлифование / Л.Н. Филимонов. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. — 109 с.

160. Головин Г.Ф. Технология термической обработки металлов с применением индукционного нагрева / Г.Ф. Головин, Н.В. Зимин / Под ред. А.Н. Шамова. Л.: Машиностроение, 1990. - 87 с.

161. Терган B.C. Шлифование на круглошлифовальных станках / B.C. Терган, Л.Ш. Доктор. М.: Высшая школа, 1972. - 376 с.

162. Иванцивский В.В. Повышение поверхностной микротвердости стали при интеграции поверхностно-термической и финишной механической обработок /В.В. Иванцивский, В.Ю, Скиба // Научный вестник НГТУ 2006. -№3(24)-С. 187- 192.

163. Иванцивский В.В. Совмещение операций поверхностной закалки и финишного шлифования на одном технологическом оборудовании / В.В. Иванцивский, В.Ю. Скиба // Обработка металлов 2006. -№ 1 (30).—С.16—18.

164. Усов С.В. Сочетание финишных технологических методов обеспечивающих необходимые параметры качества поверхностного слоя и надежность деталей машин / С.В. Усов, С.В. Карнеев, М.Ю. Панасюк // Вестник машиностроения. 1991. - №10. - С. 50-53.

165. Т. Inoue Determination of Thermal-Hardening Stresses in Steels by use of Thermoplasticity Theory / T. Inoue, B. Raniecki// Stresses in Steels by use of Solids. -1978. Vol. 26, № 3. - P. 187-212.

166. Huetink J. Finite element analysis of laser transformation hardening / J. Huetink., L. H. J. F. Beckmaim, H. J. M. Geijselaers. // H. Opower (ed.). Intl. Congr: Optical Science and Engineering, meeting 1276, C02 Lasers and Applications.-1990.

167. Andersson. B. Thermal Stresses in a Submerged-Arc Welded Joint Considering Phase Transformations / Andersson. B. // Journal of Engineering Material and Technology. 1978. -№ 100. - P. 356-362.

168. Radaj D. Heat effects of welding: Temperature field, residual stress, dis-tortion/ Radaj D. Berlin et. al.: Springer - XXII. - 1992. -160

169. A.J. Fletcher Thermal Stress and Strain Generation in Heat Treatment / A.J. Fletcher // Elsevier Science Publishers Ltd. 1989.

170. ANSYS User's Manual, SAS IP inc., 1998.

171. Соколовский В. В. Теория пластичности / В. В. Соколовский. М.: Высш. школа, 1969. - 608 с.

172. Малинин Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести: Учебник для студентов маш-ых. спец. высш. учебн. Заведений, Изд. 2-е. пе-рераб. и доп./ Н. Н. Малинин -М.: Машиностроение, 1975.

173. Jonsson, М. Deformation and Stresses in Butt-Welding of Large Plates with Special Reference to the Mechanical Properties / Jonsson, M., Karlsson, L., Lindgren, L.// Journal of Engineering Material and Technology. 1985. - №107. -P. 265-270.

174. Abbasi. F. Effect of transformation plasticity on generation of thermal stress and strain in quenched steel plates / Abbasi. F., A. J. Fletcher // Mat. Sci. Techn. 1985. - Vol. 1. - P. 830-837.

175. Geijselaers H. J. M. Simulation of steady state laser hardening / H. J. M. Geijselaers, Y. Yu, J. Huetink // K. Mori (ed.), Proceedings of the 7th Int. Conf Num. Meth. Ind. Forming Proc. NUMIFORM. 2001. P. 45-53.

176. Peirce D. A tangent modulus method for rate dependent solids / Peirce D., Shih, C.F., Needleman, A. // Computers & Structures. 1984. - Vol. 18. - P. 888-975.

177. Perzyna P. Fundamental problems in viscoplasticity, Advances in Applied Mechanics / Perzyna P. Academic Press, New York. - 1968. - Vol. 9. - P. 313-377.

178. Jonsson, M. Deformation and Stresses in Butt-Welding of Large Plates with Special Reference to the Mechanical Properties /Jonsson, M., Karlsson, L., Lindgren, L.// Journal of Engineering Material and Technology, 107:265 270, 1985.

179. Механические свойства сталей, деформированных в широком интервале температур / Под. общ. ред. акад. В. П. Северденко. Минск: Наука и техника. — 1974.

180. Металлы и сплавы: Справочные данные о физико-механических свойствах при различных температурах и условиях нагружения /А. А. Прус, Б. И. Ермолаев. -М.: ЦНИИ, 1975.

181. Зиновьев В. Е. Тепло физические свойства металлов при высоких температурах: Справочник. -М.: Металлургия, 1989.

182. Стали и сплавы. Марочник: Справ, изд. / В.Г. Сорокин, М.А. Гер-васьев М.: Интермет Инжиниринг, 2001. - 608 с.

183. Юрьев С.Ф. Удельные объемы фаз в мартенситном превращении аустенита / С.Ф. Юрьев -М.: Металлургиздат, 1950.

184. Кристиан Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. 4.1/ Кристиан Дж. -М.: Мир, 1978. С. 728-751.

185. R. Fortunier A numerical model for multiple phase transformations in steels during thermal processes / R. Fortunier, J.B. Leblond and J.M. Bergheau // J. Shanghai Jiaotong Un. E5. 2000. - № 1. - 213 c.

186. Sheng, I. Modeling Welding by Surface Healing / Sheng, I., Chen. Y. // Journal of Engineering Materials and Technology. 1992. -№l 14. - P. 439-448.

187. Попова JI. E. Диаграммы превращений аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана / Л.Е. Попова, А.А. Попов. М.: Металлургия, 1991.-503 с.

188. Wever. F., A. Rose Atlas zur Wdrmebehandlung von Stahle, I Zeit Temperatur Umwandlungs Schaubilder, Verlag Stahl Eisen MBH. Dusseldorf. -1961.

189. Гуляев А.П. Металловедение: Учебник для вузов. 6-е изд., пере-раб. и доп./ А.П. Гуляев. М.: Металлургия, 1986. - 544 с.

190. Sjostrom, S. The Calculation of Quench Stresses in Steel Linkoping Studios in Science and Technology. Dissertation. 1982. - № 84.

191. Винокуров В.А. Теория сварочных деформаций и напряжений / В.А. Винокуров, А.Г. Григорьянц. -М.: Машиностроение, 1984. -279 с.

192. Прасолов П.Ф. Анизотропия механических свойств металлов: Учеб. Пособие / П.Ф. Прасолов, В.Ю. Гольцев. М.: МИФИ, 1995.

193. Металловедение и термическая обработка стали. Справочник в 3-х т. / Б. С. Бонитейн, Ю.Г. Векслер, М.И. Виноград и др. М.: Металлургия, 1983.

194. Borjesson, L. Coupled Thermal, Metallurgical and Mechanical Models of Multipass Welding, licentiate thesis, Department of Mechanical Engineering. Lulea University of Technology, 1999.

195. Тушинский Л.И. Структура перлита и конструктивная прочность стали / Л.И. Тушинский, А.А. Батаев, Л.Б. Тихомирова. — Новосибирск: Наука, 1993.-230 с.

196. Выносливость объемно и поверхностно упрочненной стали при контактном нагружении / В.М. Потапов, В.А. Батаев, B.C. Бровенко / Межвузовский сборник научных трудов. Новосибирск, 1987. — С. 18-25.

197. Хотеева Р.Д. Труды ЦНИИМЭСХ, t.V, вып. 2. Минск, 1967.

198. Хотеева Р.Д. Промышленность Белоруссии, — № 7, 1967.

199. Маталин А.А. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов / А.А. Маталин. Л.: Машиностроение, 1970. -318с.

200. Маталин А.А. Технология механической обработки / А.А. Маталин. Л.: Машиностроение, 1977. - 464 с.

201. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения/ Б.С. Балак-шин. М.: Машиностроение, 1969. - 560 с.

202. Иващенко И.А. Технологические размерные расчеты и способы их автоматизации / И.А. Иващенко. М.: Машиностроение, 1975. - 222 с.

203. Металловедение и термическая обработка стали: Справочник. -М.: Металлургия, 1983. -Т2.

204. Матвеев В.В. Проектирование экономичных технологических процессов в машиностроении / В.В. Матвеев, Ф.И. Бойков, Ю.Н. Свиридов. — Челябинск: Юж.-Урал. изд-во, 1979. 111 с.

205. Попов А.А. Теоретические основы химико-термической обработки стали / А.А. Попов. М.: ГНТИ литературы по черной и цветной металлургии, 1962. - 210 с.

206. Иванцивский В.В. Назначение режимов закалки с использованием концентрированных источников нагрева /В.В. Иванцивский, В.Ю Скиба., Н.П. Степанова // Обработка металлов. 2005. - № 3 (28). - С.22 - 24.

207. Самарский А.А. Теория разностных схем. / А.А. Самарский. М.: Наука, 1989.- 161 с.

208. Годунов Г.Ф. Разностные схемы / Г.Ф. Годунов, B.C. Рябенький. -М., 1973.-400 с.

209. Григорянц А.Г. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. Учеб. пособие для вузов. / А.Г. Григорянц, А.Н. Сафонов. М.: Высш. шк., 1988.- 159 с.

210. Ящерицын П.И. Повышение качества нежестких деталей на финишных операциях / П.И. Ящерицын, М.Я. Белкин, В.А. Колот и др. // Вестник машиностроения. 1990. - №9 - С. 60-62.

211. Любимов В.В. Лазерное термоупрочнение нежестких полиграфических высечных ножей из стали 65Г /В.В. Любимов, Е.А. Громов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2005. - №6. - С. 14-19.

Похожие работы

Обработка конструкционных материалов в машиностроении
05.03.00