автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей при электроэрозионной обработке

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА ФОРМИРОВАНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ.

1.1 Электроэрозионная обработка. Общие положения.

1.2 Геометрические показатели качества поверхности при электроэрозионной обработке.

1.3 Микротвердость поверхностного слоя при электроэрозионной обработке.

В диссертации рассматриваются вопросы, связанные с формированием показателей качества поверхностного слоя при электроэрозионной обработке, которая применяется при изготовлении сложнопрофильных деталей и деталей из труднообрабатываемых материалов.

Особенностью данного вида обработки является то, что обработка ведется импульсами тока, в результате чего происходит удаление материала заготовки. Непосредственный контакт между инструментом и заготовкой отсутствует. Данный метод обработки привлекателен тем, что есть реальная возможность получать изделия практически любой конфигурации и требуемыми параметрами качества поверхностного слоя с значительно меньшими затратами, чем при механической обработке.

Специфика поверхностного слоя при данном виде обработки состоит в том, что шероховатость поверхности образованная большим количеством перекрывающихся лунок, форма которых близка к сферической. Это в свою очередь обуславливает ненаправленность шероховатости поверхности, а это в свою очередь обеспечивает более высокую износостойкость поверхности по сравнению с поверхностями полученными резанием при прочих равных параметрах шероховатости.

Если по формированию качества поверхностного слоя деталей при механических методах обработки исследования проводятся более 100 лет, то при электрофизических методах, в частности электроэрозионной обработке 3 -4 десятилетия. Поэтому до сих пор в справочной литературе нет данных о возможностях электроэрозионной обработки в обеспечении параметров качества поверхностного слоя и уравнений, используемых на практике по их расчету в зависимости от режимов обработки.

При проведении исследований по определению показателей-качества поверхностного слоя при электроэрозионной обработке станет возможным точно определять режимы, при которых можно получить требуемое качество обработки. Это подчеркивает актуальность темы данной диссертации.

Целью работы является установление возможностей электроэрозионной обработки в управлении параметрами качества поверхностного слоя деталей.

Для достижения поставленной в работе цели необходимо решить следующие задачи:

1. Установить физическую картину формирования параметров-качества поверхностного слоя деталей при электроэрозионной обработке и ее возможности в обеспечении их значений.

2. Получить теоретические и эмпирические уравнения, взаимосвязи параметров качества поверхностного слоя деталей с условиями их электроэрозионной обработки.

3. Разработать алгоритм и программу автоматизированного определения условий электроэрозионной обработки деталей, обеспечивающих требуемые значения параметров качества поверхностного слоя.

Методика исследований. Теоретические исследования базируются на научных основах технологии машиностроения, на основных положениях физики, математики и теории вероятностей, а так же на теории теплопроводности и теории металлов и сплавов. Экспериментальные исследования базируются на теории планирования экспериментов. При выполнении работы применялись современные методы оценки и измерения параметров качества поверхностного слоя деталей.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

1. Физическая картина формирования параметров шероховатости, волнистости и упрочнения деталей при электроэрозионной обработке.

2. Теоретические и эмпирические уравнения взаимосвязи параметров качества поверхностного слоя деталей с условиями электроэрозионной обработки.

3. Установленные возможности электроэрозионной обработки в обеспечении параметров качества поверхностного слоя деталей.

4. Методика определения условий электроэрозионной обработки, обеспечивающих требуемые значения параметров качества поверхностного слоя деталей.

Научная новизна работы заключается в теоретическом описании формирования параметров шероховатости, волнистости, поверхностной микротвердости и глубины слоя материала с измененными физико-механическими свойствами при электроэрозионной обработке.

Достоверность и обоснованность научных результатов подтверждается результатами экспериментальных исследований.

Практическая значимость:

1. Установлены возможности электроэрозионной обработки в обеспечении параметров качества поверхностного слоя деталей.

2. .Разработаны методика, алгоритм и программа определения условий электроэрозионной обработки, обеспечивающих требуемые значения параметров качества поверхностного слоя деталей.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях профессорско-преподавательского состава БГТУ 2000, 2001 гг.; на 4-й Международной научно-технической конференции «Качество машин», Брянск, 2001 т., на первой молодежной научно-технической конференции «Вузов приграничных регионов славянских государств», Брянск, 2001 г., на молодежной научно-технической конференции «Славянских государств», Брянск, 2000 г.

Часть работы выполнялась в соответствии с грантом Министерства образования Российской Федерации "Моделирование качества поверхностного слоя при электроэрозионной обработке" ТОО - 6.5 - 153.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано 8 печатных работ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В работе решена актуальная научно-техническая задача управления параметрами качества поверхностного слоя деталей электроэрозионной обработкой.

Проведенные исследования позволили получить следующие результаты и выводы:

1.Установлена физическая картина формирования параметров качества поверхностного слоя деталей при электроэрозионной обработке. —

2. Основное влияние на показатели качества поверхности при электроэрозионной обработке оказывают энергия импульсов, физико-механические свойства материалов детали и инструмента, свойства диэлектрической жидкости и в ряде случаев в зависимости от схемы формообразования исходная волнистость поверхностей детали и инструмента.

3. Получены теоретические и экспериментальные уравнения адекватно, описывающие взаимосвязь параметров качества поверхностного слоя с условиями ведения электроэрозионной обработки.

4. Раскрыта возможность электроэрозионной обработки в управлении параметрами качества поверхностного слоя деталей.

5. Установлено, что увеличение энергии импульсов приводит к возрастанию параметров шероховатости, к увеличению глубины слоя материала с измененными физико-механическими свойствами, к уменьшению высотного параметра волнистости поверхности энергия импульсов не оказывает влияния на поверхностную микротвердость.

6. Использование материала инструмента с более высоким коэффициентом Палатника приводит к уменьшению параметров шероховатости при одних и тех же энергии импульсов и обрабатываемого материалаТа так же приводит к увеличению глубины слоя материала с измененными физико-механическими свойствами и уменьшению высотного параметра волнистости поверхности.

7. Установлено, что при обработке материалов с большим значением коэффициента фазовых превращений Палатника наблюдаются более высокие значения параметров шероховатости по сравнению с материалами имеющими меньшие значения коэффициента Палатника, так же установлено, что материал обрабатываемой детали не оказывает влияния на высотные параметры волнистости, зато он оказывает влияние на получаемую поверхностную микротвердость обрабатываемого материала.

8. Увеличение исходной волнистости детали и инструмента приводит к увеличению получаемой волнистости поверхности при одних и тех же энергии импульса и материале инструмента.

9. Выявлено, что управлять параметрами качества поверхностного слоя возможно за счет различного сочетания энергий импульса, материала инструмента при неизменном обрабатываемом материале.

10. Разработан алгоритм и программа определения условий электроэрозионной обработки, обеспечивающих требуемые параметры качества поверхностного слоя деталей. Их использование позволяет значительно сократить технологическую подготовку производства. —

БРЯНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

1. Александров В.П. Исследование технологических характеристик электроэрозионной обработки жаропрочных металлов. М.: Наука, 1964.

2. Аренков А.Б. Основы электрофизических методов обработки материалов, Ленинград.: Машиностроение, 1967. - 372 с.

3. Артамонов Б.А., Волков Ю.С., Дрожалова В.И. и др. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Учеб. пособие (в 2-х томах). Т.1. -М.: Высш. шк., 1983. 247 е., ил.

4. Артамонов Б.А., Волков Ю.С., Дрожалова В.И. и др. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов. Учеб. пособие (в 2-х томах). Т.2. М.: Высш. шк., 1983. - 247 е., ил.

5. Артамонов Б.А., Волков Ю.С., Вишницкий Ю.С. и др. Размерная электрическая обработка металлов.: Учеб. пособие. М.: Высш. шк., 1978. - 336 е., ил.

6. Баранов В.М. и Перфильев Г.Л. Электроискровая обработка материалов, -М.: Машиностроение, 1955. 48 с.

7. Бауман В.А. Влияние технологической последовательности на качество поверхности после обработки ППД, Брянск, 1972

8. Бейлин С.Я. Технология электроэрозионной обработки соединительных каналов гидро и пневмоаппаратуры/НИИМАШ. М.: Изд-во НИИМАШ, 1973. - 96 с. - (НИИМАШ. С - 10 - 4)

9. Бишутин С.Г., Съянов С.Ю. «Теоретический расчет параметров шероховатости поверхности при шлифовании и электроэрозионной обработке.». Обработка металлов №1 (12), 2001 г.

10. Блантер М.Е. Фазовые превращения при термической обработки стали. М.: Металлургия, 1962. 268 с.

11. Бэйн Э. Влияние легирующих элементов на свойство стали. Пер. с англ. М.: Металлургиздат, 1945. 330 с.

12. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975.

13. Гудков В.В., ' Петров Н.А. Перспективы использования электрофизических, электрохимических и комбинированных методов обработки поверхностей деталей в машиностроении.-М.:Машгиз. 1965, -56 с.

14. Гулый Г.А. Научные основы разрядно импульсных технологий. М.: Машиностроение, 1978. - 168 с.

15. Гуляев А.П. Металловедение. М.; Металлургия, 1986. 544 с.

16. Золотых Б.Н. О расчете технологических характеристик процесса размерной электроискровой обработки токопроводных материалов. В кн.: Проблемы электрической обработки материалов. М.: Изд-во АН СССР, 1960.

17. Золотых Б.Н. О физической природе электроискровой обработки металлов.-Тр. ЦНИЛэлектром.-М.: Изд-во АН СССР, 1957,-Вып. 1.- с. 38-69.

18. Золотых ,Б.Н. Связь чистоты поверхности после электроэрозионной обработки с параметрами единичных лунок.-Вестник машиностроения, 1959, №10.

19. Золотых Б.Н., Любченко Б.М. Инженерные методы расчета технологических параметров электроэрозионной обработки. М.: Машиностроение, 1981.-51 с.

20. Золотых Б.Н., Гирев К.Х., Тарасов Е.А. О механизме электрической эрозии металлов в жидкой диэлектрической среде. Сб. «Проблемы электрической обработки материалов». Под ред. Б.Ф. Лазаренко. М., Изд-во АН СССР, 1960, с. 58 - 64.

21. Золотых Б.Н. Физические основы электроискровой обработки. М. Изд-во Моск. ин-та электронного машиностроения, 1975. - 104 с.

22. Золотых Б.Н., Мельдер P.P. Физические основы электроэрозионной обработки. М.: Машиностроение, 1977. 42 с.

23. Исаев А.И., Морозов Н.А., Максимов А.И. Влияние электроэрозионной обработки на состояние поверхности и усталостную прочность жаропрочных сплавов. «Вестник машиностроения»,!972.-№8.,стр 50.

24. Исследование электро-эрозионо-химического способа обработки различных материалов. Москва.: ЭНИМС, 1965 - 47 с.

25. Каваленко B.C. Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки материалов. Киев: Вищ. шк., 1983.- 176 с.

26. Кравец А.Т. Оптимизация процесса многопроходного электроэрозионного вырезания. СТИМ, 1995, № 5, с. 20 - 22 с ил.

27. Кравец А.Т. Обработка на электроэрозионных копировально-прошивочных станках. Станки и инструмент, 1977, №9, с. 12-14.

28. Кравец А.Т. Качество поверхности при электроимпульсной обработке металлов. «Станки и инструмент», 1960, № 6.

29. Кравец А.Т. Электроимпульсная обработка жаропрочных сплавов. В сб. «Обработка жаропрочных сплавов». Изд-во АН СССР, М., 1960.

30. Кузнецов М.М., Футало Е.Г. Разработка и исследование механизма непрерывного регулирования перемещения инструмента эрозионного станка. Машиностроение, 1988, № 1, с. 153 - 158.

31. Курченко В.И. Электроэрозионные и электрохимические методы обработки материалов. Опыт внедрения. М.: Машиностроение, 1977. -125 с.

32. Лазаренко Б.Р. Электрические способы обработки материалов и их применение в машиностроении. М.: Машиностроение, 1978. - 40 с.

33. Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. Электроискровая обработка токопроводных материалов. Изд-во АН СССР, 1958. - 184 с.

34. Левинсон Е.М., Лев B.C. Справочное пособие по электротехнологии: Электроэрозионная обработка металлов. Л.: Лениздат, 1972. - 328 с.

35. Лившиц А.Л. Электроэрозионная обработка металлов, М.: Машиностроение, 1957. - 120 с.

36. Лившиц А.Л., Кравец А.Т., Рогачев И.С., Сосенко А.Б. Электроимпульсная обработка металлов. М.: Машиностроение. 1967, 296 с.

37. Лившиц А.Л., Сосенко А.Б. Расширение технологических возможностей электроимпульсной обработки металлов. В кн.: Электроразрядная обработка металлов. Л.: Машиностроение, 1971, вып. 2, с. 123 - 196.

38. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высш. школа, 1967.

39. Математические методы в технологических исследованиях / Рыжов Э.В., Горленко О.А. Отв. ред. Гавриш А.Г.; АН УССР. Ин-т сверхтверд, материалов. Киев: Наука, думка, 1990. 184 с. ISBN 5 - 12 - 001622 - 7

40. Машиностроение. Энциклопедия / Ред. совет: К.В. Фролов (пред.) и др. -М.: Машиностроение. Технология изготовления деталей машин Т. III 3/

41. A.M. Дальский, А.Г. Суслов, Ю.Ф. Назаров и др.; Под общ. ред. А.Г. Суслова. 2000. 840 е., ил.

42. Монтгомери Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных. Л.: Судостроение, 1980. - 384 с.

43. Немилов Е.Ф. Справочник по электроэрозионной обработке материалов. Л.: Машиностроение, 1989. - 163 с.

44. Отделочные операции в машиностроении: Справочник/П.А. Руденко, М.Н. Шуба, В.А. Огнивец и др./Под общ. ред. П.А. Руденко. К.: Техшка, 1985. - 136 е., ил. -Библиогр.: 132 - 135 с.

45. Писаревский М.М. Влияние электроэрозионного процесса на свойства обрабатываемых материалов. Котлотурбиностроение, 1950, № 5.

46. Попил ов Л .А. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов: Справочник. ~М.: Машиностроение, 1984. 265 с.

47. Попилов Л.Я. Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки материалов. Л.: Машиностроение, 1971. - 544 с.

48. Попилов Л.Я. Элеьлрическая и ультразвуковая обработка: Справочное пособие. М.: Машгиз. - 1960. - 139 с. —

49. Применение электрофизических и электрохимических методов обработки в машиностроении. М.: ЭНИМС, 1973. - 68 с.

50. Приспособления для электрофизической и электрохимической обработки / В.В. Любимов, Н.И. Иванов, Е.И. Пупков и др.; Под общей редакцией

51. B.В. Любимова. -М.: Машиностроение, 1988.- 176 е.: ил.

52. Проблемы электрической обработки материалов: Сборник трубов/Центральн. науч.-исслед. лаборатория по электрической обработке материалов. Под ред. Б.Р, Лазаренко. М.: АН СССР, 1966.

53. Размерная электрическая обработка металлов: Учеб. пособие для студентов вузов/Б.А. Артамонов, А.Л. Вишницкий, Ю.С. Волков, А.В. Глазков; Под ред. А.В. Глазкова. М.: Высш. школа, 1978. - 336 е., ил.

54. Рыжов Э.В. и др. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин, М.: Машиностроение, 1979. - 176 е., ил. - (Б -ка технолога).

55. Сосенко А.Б. Электроимпульсный метод обработки: область применения, технология и оборудование. Сб. «Опыт применения электрофизических и электрохимических методов обработки в промышленности», ГОСИНТИ, № 35-64-1311/5, М„ 1964.

56. Сосенко А.Б. Электроимпульсная обработка рабочих колес газовых турбин. «Станки и инструмент», 1962, № 6.

57. Смирнов H.B., Дунин Барковский И.Н. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. - М.: Машгиз. - 1983,460 с.

58. Смолинцев В.П. Изготовление инструмента непрофелированным электродом. -М.: Машиностроение, 1967. 158 с.

59. Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения. -М.: Высш. шкала. 1978, 218 с.

60. Справочник по электрофизическим и электрохимическим методам обработки/Под ред. В.А. Волосатова. JL: Машиностроение, 1988.-719 с.

61. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 1: Под ред. Дальского A.M., Косиловой А.Г., Мещерякова Р.К., Суслова А.Г. 5-е изд., перераб. и доп. - М.Машиностроение-!, 2001. - 912 е., ил.

62. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т. 2: Под ред. Дальского A.M., Суслова А.Г., Косиловой А.Г., Мещерякова Р.К. 5-е изд., перераб. и доп. - М.:Машиностроение-1, 2001. - 944 е., ил.

63. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. М.: Машиностроение, 1987. - 208 е.: ил.

64. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М. Машиностроение, 2000. - 320 е., ил.

65. Суслов А.Г., Съянов С.Ю. Формирование и расчет шероховатости поверхности деталей при электроэрозионной обработке. Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. Донецк: ДонГТУ, 2000. Вып. 10. - с. 239 - 244.

66. Съянов С.Ю. Факторы, влияющие на формирование параметров шероховатости при электроэрозионной обработке. Тез. докл. молодежной научно-технической конференции «Славянских государств»/ Под ред. О.А. Горленко. Брянск: БГТУ, 2000. - с. 74 - 76.

67. Статистические методы в инженерных исследованиях (лабораторный практикум):* Учеб. пособие/Бородюк В.П., Вощинин А.П., Иванов A 3, и др.; Под ред. Г.К. Круга. М.: Высш. школа, 1993. — 216 е., ил.164 .„

68. Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки материалов. Коваленко B.C. К.: Вища школа. Головное изд-во, 1983. - 176 с.

69. Тимошенко Б.И., Назарцев B.C., Ермоленко Д.З. Прочность и износостойкость деталей машин при электроэрозионной обработке. -Вестник машиностроения, 1974, № 4, с. 74 75.

70. Толстая М.А. и др. Влияние электроэрозионной обработки на щелевую коррозию инструментальных сталей.-Защита металлов, Т. XIV,1978,№ 5

71. Улицкий Е.Я., Замалин B.C. Электрические методы обработки.металлов. М.: Трудрезервиздат, 1952. - 157 с.

72. Физические величины: Справочник/А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.Н. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздс1т, 1991. - 1232 с.

73. Физические процессы при электроэрозионной обработке материалов/ЭНИМС; Общ. ред. А.П. Владзиевского. М.: Изд-во ЭНИМС, 1967.-91 с.

74. Фотеев Н.К. Технология электроэрозионной обработки, М.: Машиностроение, 1980. - 80 с.

75. Фотеев Н.К. Качество поверхности после электроэрозионной обработки. СТИМ, 1997, № 8, с. 43 - 48 с ил.

76. Фотеев Н.К. Управление качеством поверхности технологической оснастки при электроэрозионной обработке. Электронная обработка материалов. - 1994. - № 2. - с. 5 - 7.

77. Фотеев Н.К. Геометрия шероховатости поверхности, обработанной электроэрозионным способом. Электронная обработка материалов, 1975, №5.

78. Холоднов Е.В. Электроискровое изготовление прецизионного инструмента. Выпуск АН СССР, 1960.

79. Хронусов B.C., Сиротенко Л.Д. Влияние электроискровой упрочняющей обработки на износ разделительных штампов. Вестник машиностроения, 1987, №2,с. 53-55.

80. Шумов Е.Г. Электроэрозионное изготовление фасонного твердосплавного металлорежущего инструмента. НИИМАШ, М., 1965.

81. Электроэрозионная и электрохимическая обработка/Под ред. А.Л. Лившица, А. Рома, ч. 1. М.: НИИМАШ, 1980. - 224 с.

82. Электроэрозионная и электрохимическая обработка. Расчет, проектирование, изготовление и применение электродов-инструментов. 4.1. Электроэрозионная, электрохимическая обработка/ Под ред. Лившица А.Л., Рош А. М.: НИИмаш, 1980 .

83. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов/Под ред. В.П. Смоленцева. т.1. М.: Высш. шк.,1983. - 247 с.

84. Электрохимические и электрофизические методы обработки материалов: сб. науч. тр./отв. ред. В.В. Любимов. Тула: Изд-во Тульск. rocjrexH. унта, 1994. - 140 с.

85. Яворский Б.Н., Детлаф А.А. Справочник по физике. М.: Наука. 1979. -с. 942.

86. Elektroerosive Metallbearbeitung Materialabtrag du-rch Funkenerosion Dipl. -Ing. Manfred Feurer. Wiirzburg Vogel - Buchverl. 1983. - 166 S.

87. Seuser U.H. Das Formenschleifen und die Abbildungsgenauigkeit formengeschliffener Graphitelektroden fur die funkenerosive Herstellung von Schmiedegesenken: Diss. Darmstadt, 1989. - VIII, 225 S.: Ill

88. Doswiadczalno-teoretyczne podstawy obrobki elektroerozyjnej- (EDM) /Miernikiewicz A. Krakow, 2000. - 216 S.: il. Monografia / Politech. Krakowska im Tadeusza Koscinszki; N274, (ISSN 0860 - 097X).