автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Закономiрностi процесу стружкоутворення при термофрiкцiйнiй обробцi плоских поверхонь рiзанням

РГ6 од

- i, AílP 199'i

СхвдюуяраХнсьниЯ дерясавннй ун!веровтег

На правах руаспнсу Ш 621.9.022:621.983.44

ПШСТШК Володимир Андрхйович

3AK0H0aîPH0CTl ПРОЦЕСУ яешоутворенш ПРИ ТЕШ05Р1КЦ1ЙН1И ОБРСБЦ! ПЛОСКИХ ПОВЕРХОНЬ р2злшин

05.03.Oí Процеси ksxqhískq? i

$Í3hko-xímÍ4hoí обробаи, верстата та !иструм?нт

05.03.05 Процоси та навини обробки ТИСКСУ

Автореферат

дйоертйц!х im эдобуття вченого сггулсш кандидата тохнгших наук

Яуганськ 1994

Робота виконана на кафепр! "Ыаталор1заяьн1 Сх {дноуирапгськсго державного ун1верситету.

верстата

Науковий к ер 1б ник - доктор тохнхчних паук,

професор Зарубкцький 6.У.

0ф1ц!йш олоненти:

- доктор тех(пчнах наук, професор Эинов'ев М.1. -кандидат тсхнхчннх наук, доцент Гладушн В.В.

Проз г дне гпдпр;;систво - Внробнлче об'едкашй

"Луганськ тепловоз"

Захист вхдбудеться 1934 роху на

засхданнх спец1ал1зовашюх гадк К 068.44.02 в Схгдноухрагнському державному унхверситетх, 348034 м.Луганськ, кв.Молодпений, 20а.

3 дисертацхей мохна ознайомитися в б1бл1отецх ууиверситету.

В!дгук та автореферат в 2-х приьпрниках, завхрений печаткою установи,просйко направляти по указангй вкще апреох на хм'я вченого секретаря спец1ал130Еаиэ1 Ради. - - •

Автореферат роз!слано

1994 року.

Вчений секретар спецхалхзованно! Ради к.т.н., доц.

зи л.а.ейбкчш

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИК РОЕОТИ

Актуальн!сть. Терыофр!кц!йна обробка (ТГО) налеяить до нових гродуктивнлх метод!в обробки матер!ал!в р!ззнням з застосуванням онцентрованого високотеглгературного нагрхву зони ргзання, що прияв знияенню характеристик м!цяостг оброблтованого матер!элу, за ахунок теплоти роботя тертя м!ж зрхзуваним шаром та поверхнямл нструмента - р!зальяого диска (РД) , виготовленого з конструкц!й-:оТ стал:, котрий прстлусово обертачться з кодовой ввйдк1стю 5...60 и/с.

Шпроке застосування у промнсловост! иього прогресивного виду !зання стримуеться недостатяъою кглъкхстю досл!джень що до р!шень !лого ряду важливих задач технолог!I, я:г впзначаготь продуктив-гсть та себ!варт!сть обробки та задовольняять умовам сучясного иробняцтва.

Актузльн!сть дано! робота полягае у п{двииенн1 ефектавност! Т<Ю а основ! досл!джень ф!зичних пропесхв, як! лроходять в зон! р!зан-я з позиц!Т теор!Т високопгаидНсного пластичного деформування.

Данна робота я частяною иауково-техн!чноТ програми роб!т, як:' роводяться кефедров "Металор!зальнх верстати" в напрямку досл!джен-ч та впровадження пронес!в ТТО

Цхлъ роботя. Теоретико-експериментальне дослгдкення закономхр-эстей струетоутворення при ТФО плоских поверхонь та одержання на х- основ! залежностеЯ для розрахунку геометричних паратлетрхв рхзан-I, кшегатичних та силових характеристик пронесу, а також оптималь-ях режш!в р!зання.

Методика досл!дження. Загальна методика досл!дження базуеться з вйкорйстанн! основних положень теор!1 р!зэння, оп!ру матер!ал!в, ;ор!1 пластичностг, теорхТ машин та механ!згл!в, а такох стати-гичнях глетод!в обробки результат!в експеримент!в.

Нэукова новизна. Вперше дли пронесу ТФО зроблена спроба поставки та набликеного ргаення задач! стржукоутворення з позиц!т по-)жень теор!? пластичност!. Теоретично обгрунтована та експерпмен-)льно пгдтверднена правом1ря!сть застосування дГаграм Мора для тзначення поля деформап!й та найружень навколо матери!альноТ точки, :э розтапована в будь-яксму М1СЦ1 пластичного контакту, та В1ДП0В1-1б углов! монотонност! та одноргдиостг деформацН; отриман! аналх-1чн! залежное?!, як! в сполученн! з "експеримектальшмвизкаченяям шкини пластичного контакту вогкша де$орглац!1, дозвсдяоть розра-зати головн! компонента дефоркозаяого стану в точш, яка розгля-

даеться, та 1нваргантн1 характеристики - параметр Лоде та кут скодювання, як i функа1онально зв'зан! з коефийентом усадки, гео-метричн4 параметри та углов и утворення зливноТ хвилясто! стругай, яка характерна для Т<Ю. Аналхз напруженого стану у зр!зуваному raspí,з уразуванням закономгрностей деформованого стану,позволив ви> вести розрахунковг залеляост1 для встановлення величина контактних напружень та силовкх параметр!в TÍO, як i використовуютьсл для роз-робки науково обгрунтованоТ система оптпшзац{г процесу р1зання.

Практична-niHHÍcTb. На ochobí проведених дослхдкень розроб-лен! пропозицхт, як i пхдвищують техн!ко-економ1чн1 показники про-песу та сприяють подальпому пирокому запровадкенню TÍO у прсшсло-boctí. Розробленг практичнх реконендагп! по ^становлению оптимально параметрхв рхзання Срекимхв, силових характеристик та характеристик потуяностО , необх!дних для проектування технолог!!, устат-кування, оснащения та -1нструкенту.

Реал{зап1я i впровадження. Результати досл1дЕень та запропспо-ван! TexHÍHHt ршення впровадяен! на Краснор1ченському верстатобу-дхвяому завод!С Луганеьяо! обл.) та Луганському автоскладальноцу завод1.3агальний р1чний економгчниЯ ефект, пгдтверджений актами впрозадкення Краснорхченського верстатобудхвельного заводу, скла-дае 53 тис.крб. ( за станом на грудень 1991 року). Технолог 1чна документа^ на ТФО передавалася на запит ряду п1дприемотв piarorx MÍHÍCTepoTB та в1домств.

алробапгя поботи. Ochobhí результати дисертац*йноТ роботи донов! дались на всесоюзна? та республ!канських конференшях, а також науково-техн1чннх конФерешххях Луганського машинобуд!вного iастату ту у пер10Д з 1985 по 1993 р.

За участь в розробгп спец1ал1зованого верстата для ТФО автор був удостоений диплом ВДНХ УРСР та диплома П ступеня ВДНХ СРСР. У 1988 poní верста т демонструвався на весняному ярмарку в Лейпшз!.

Публхкаиг.х. 3 теми дисертапх! опублТковано 8 друкованих po6ÍT, одержано позктивне ртаення на видачу патента (заявка № 4906084/27/005609 от 31.01.91 р.)

Структура т об'ем роботи. Дисертац!йна робота склада«ться~ з рступу , 6 глав, загальних висноекхв, списку г 1тератури з 131 найме-нуЕання, об'ем 187 сторхнок машинописного тексту, 60 малюнкхв, 17 таблицьд доцаткхи з розрахунка.ми скономхчного сфекту, актами, впровадаення та результатами роорахунку на Э0М параметрiв ТФО.

ОСНОШШй З-MlCT РСБОТИ

У вступ! обгрунтовуеться актуальнгсть теми дисертац}йно1 робо-и, сформульована наукова новизна та визначено основний напрямок обота. Показано, що для оптим1зацГ£ параметров ТФО з ц!лыо п!дви-ення "!ï ефективност! необхши глибок} досл1джетя процес!в, як} роходять у пластично деформовантй зон: стржкоутворення.

Глава I. Стан питания'та задачг допл!дження. Суттсв} особливост} ЪО, як! обумовлен} високотемпературним нагргвоч матерталу у кон-ïKTHÎtt зон! та твидктсничи характеристиками, ускладнюпть проход— зння процесу • стружкоутворення, законом ipHocTÏ котрого ще заиало тчен! та потребують подальшнх досл^джень на основ! полокень тео-tï та практики Mexaitiwoï обробки, у розритэк котрих великий вне-ж зробили вчент Ч.М.Зопев,.В.Ф.Бобров, P.Î.Гранорський, В.Д.Куз-'цоь, В.А.Кудгнсв, Г.Л.Куфарев, Т.М.Лоладзе, О.Д.Макаров, В.А. Ое-•таф'ев, А.Н.Резнгков, О.М.Розенбгрг, П.Р.РодЫ, С.С.СЫн, М.В.Тп-ihtob, О.В.Як1мов, ПЛ.Ящерицин та зн. Значн1 досл^дження важли-IX та конкретных задач технолог}-! оучаоного маш1;нобуд1вного вироб-цтва провели Л Л.Бондаренко, 0.П.Гаврчга, €.У.Заруб1шький,МЛ.Зи-в'ев, В.М.Оробинський, Б.О.Перепеляия, С.П.^Радзевич',. О.А.Розен-рг, Н.С.Раее.ька,Ю.В.Тииоф1ев та îh. Вир^шення задачт ппастачного чтння металу у зон} стружкоутворення, яка базусться на фундамен-лышх положениях Teopîï пластичностг, стало можливкы завдяки ацям С.1. Губкина, Е.П.Утесова, О.ОЛлюшкна, 0Л.Цел1Кова, С.О.По-ва, Г.0.Смирнова-Алиева, М.В.Сторожева, В.М.Розенберга, В.М.Ле-нського, Ы.А.Аранзона, ВЛ.Дорошко, M Л .Могильного, РЛ.Рея та ïh.

Анал13 лгтератури показав, що на цей час нгмае евиного погляпу до фгзичних основ ртзання металхв з додатковим нагр1вом, як прозу високоивидкхсноге пластичного деформування. Надто суперечливт fi про вид деформ.ованого стану та форму i розм1ри пластично дефор-занох зони. Практично BÎflcyTHi дан1 про схеми напружено-дефосмова-?о стану зртзуваного кару, коли дхють висок} температуря. Все це. 1ло пгдстаЕОЮ для проведения дослгджень по установлению законо-;ностей стружкоутворення в1дпов1дно до ТФО плоскчх поверхонь pi-(ням. Для цього отало необх1дннм pitremm сл1дупчих основних задач:

1. Теоретичне досл1дження напружено деформовяного стану nniny-roro шару з ей водом анал1тичних эялекностей для розрахунку посадив стружкоутворення та силових характеристик рхзання у функцт! овних технолопчних фактортв.

2. Експ'ериментальна переварка результаттв теоретичного

доелгдження з використанням сучасних статастичннх метод!в плануванкя та обробки результатов експериментхв.

3. Досл}дження елементчв технологи TÍO - кхнематики р!зання, спрацювання та ст1йкост! РД, якостх та стану поверхневого шару об-робленох детал i.

4. Оптимтэац!я режимов Ti>0 на основ! одержат« результате досл!джень, розробка практичных рекомендаций цо до впровадження 1Ф0 у виробництво.

Глава 2. Основнг характеристики стружкоутв'орення при термо-$рикц{йному pÍ3aHHÍ. Суть 1Ф0 илститься у вилученн: з о($роблюваного т!ла припуска, який попередньо нагрйо до температури 900*.Л200°С, з утворенням зливно1 стружки (стал!, сплави, ковкий чавун.), або стружки.'кгдлгиу (cfpüñ '¡асу:;) С-ал. I }. Harpíó, який cnpiñe росту

■i.iactovhocti та зценшенмо опору дефориац!5£ у sohí р}зання, зд!й--юеться за рахунок теплота робота тертя м:ж передньов:поверхнею • котра 1 перемхщуеться в дотичному на прям i з коловою швкд-, по Vy не менш, як 45 м/с, та зр1эуванин шаром заготовки,якхй ; гься рух 3Í швидк teen рхзання V^ у напряыi, який е перпен-

Мал.1. Схема термофрикцтйно? обробки

дикулярним по вектора Ц у вершин! кодового рхкучого леза, кожна точка якого зд1йснюе вхдносне перемщення у напрямг сумарного вектора ивидкост1 Уе - V? + V} .

Запропонована модель стружкоутворення, яка передбачуе з!льне косокутне ргзання хнструментом з примусовим лотичним пере^щенням прямолЬгвйно1 р!зально1 кромки, в усхх точках яког забеспечуеться постхйнхсть гавидкхпних та геометричних параметре.

Для визначення ступени деформац!1 стружки рд'корястсно кееф!-ц!ент усадки, величину котрого для прийнятох модел1 можга пиана> чить по формулг: _ ¡\пр _ есо$\к$\пР

1 и~Л»51п%~ е'СОЗОЗЬтЩ * (I) де коефщ!ент усадки у напрям! нормальному до р1зально!

кромки БД; р1зання 1а довжина зрхзуваного тару;

Д «-кхнематичний кут нахилу рхзальнох' кромки; "О -кут сходкення стружки; ^ - кут гахилу ртзально! кромки до гектора у3 ;

^р - кут ор!елта1ш стружки, обновлений дотичним перем фениям рхзальио! кромки: /а \

/?= ахсЬд [ГС0^5ШЧ -Щ-

Кут зсуву у нормальному перерхзх '

, Ф» = «'<» т^т=««*» и^йв •

де Яа = а£1/<2-коефЩ1ент потонцення стружки.

Площа поперечного перерхзу стружки

Параметры поверхн! зсуву мсгжна встановити на баз! використання значень Кн та Фн-

Плоца поверхн! зсуву

/С9 = аВ/(ЗШфнзсп§).

Цвидкхсть ;'зсуву шяр!в метялу уздовж поверхн! зсуву

V - V С0!ГГр , С43

Ус3-Уе соз(Фе-Тр) ' де - робочхй переднхй кут

^-агсЬ9 (^«Аи-у/я^-кчг^ЛксоЗ"Ъ$(пГн).

Напрям вектора усЭ

л) ¿9Лкео<(Ф*-Г«)-Ъ*№<Р» . (5)

усд-ас(.сд соят*

Сумаркий вхдноснкй зсув можна визначити з формули

£=Убрг£Г - СО;

де б^-втдносний зсув у нормальному nepepi3i с _ Кн- 2Кн 5in + ¿ . tH~ Кн COS Г» б/f-в1дносний зсув при герем1Щ1нн1 уздовж р1зально1 кромки с _ Я/у t$Xx - ¿gl) ~ сОЦФн-Гн)

Для ТФО, на В1дм:ну В1Д традиц1йних, характерна наявн!сть негативно! усадки стружки, що указуе на б!льш рац!ональн1 умови стружко-утворенкя вхдпов1дно 3Í змхно» виду деформованого стану у зон1 рхзаь ня. Це пхдтверджуеться вивченням м трогал í$íb корен1в стружок матер{а Л1в, як i випробувялись С сталей 45 , 95X18 i сплава ХН70ВШ)) .Дослхд-ження показали, що початкова (умовна) границ зони стружкоутворення розтадована до вектора швкдкостх' пгд кутом склгсвання Ф > 45°.

Глава 3. Теоретичне посл!пження наппужено-дефогмораного стану зр}зуваного сапу у функпм фактор!в ТФО. Запропановане ршення задач пластичного леформування зр1зувакого шару при ТФО, з використанням положень Teopir плаотичност1, спрямоване На визначення деформацгй Снапружень) навколо матер1альнох точки, розташованхй на р1эальнхй кромцх шструменту, у як1й х!д процесу формозм1иовання элементарного обсягу задовольняе умовач однорхдностх i монотонности деформац!й.

PimeHiw розгЖпаеться для в1льного рхзання равномipHo нагретого припуску у 30hí стружкоутворення за схемою gединою площиною сколювання.

Экспериментальний доказ вхдповхдностх кута виду реформацГх куту сколювання Ф при písaHui дозволяе застосувати запро-пановану В.М.Роэенбергом та Г.А.СмирнозимАляевсм геометричну íh-терпретаихю залежност1 тнтенсивностх i виду наПруЖногостану в1д головних напружень на основi утворення Д1аграми Мора, зг1дно як1й 1нтенсивн1сть напруженого стану виражасться Формулою:

6¿ = ^ VíS,-бг)г + (6¿- 63f +(в3- 6<)г ' . С7)

На OCHOBÍ под1бност1 дтаграми Мора для напруженого i деформованого стану,'запропановано графхчне зобраяення См&л.2) » де у момент повного закхнчення процесу формоутвореннл слного елементу хвил1 стружки убудована дхаграма Мооа'з р1внобоким трикугьиком деформацхх ABC, боки якого визначаються як рхзниця головних дефор-маидЗ £/ _ Z 3 ■

1нтенсÍBHÍCTb дефогмш.чй чисельно рхвна втдрхяку £D-8 визначиться а виразу:

Нал.2. Зливна вихляста струхка з д!аграмов Нора та трияутняком деформац!? у момент повиого заверпенкя формоутворенля чергового елементу хвилх

2а

_____- \Ш I £■ _ I' Л С. ^ / _ С Л^- А I С С. — —-

— __хвил1_

£. - Ж у(е. £г)г ♦ (еГ£3>** (ег е/' =

(8)

звтср

На п!дстав! схемиС мал.2)одержана формула для кута скалввання ф i функционально эв'заного з ндо параметра Лоде Ч)^ , який визначае вид деформованого стану:

¿9Ф= У?_

° а

С9)

3 другого боку, використовуючи залежн!сть довжини пластичного :такту С в!д товщини зр!зу а ,кута скалювання Ф та перед-ого кута Т, аапропановану Н.Г.Абуладзе, можна записати:

ñL sinn cosr-sinr

Прир!внх>вчи прав! частит вираэхв(9) та СЮ) о держу ш о формулу :ля визкачокня довяини прухнопластичного контакту:

'п _ Г V2(£ -cosr-sinr) А а Ш)

<-£-[ , cosr-smr 1J г sin (зо°-г)

Величина С/а визначаеться з експершентальног залежноотг,одержано! при обробц! загот!воя !э сталей 45, 95X18 и сплава ХШОШНО:

JL-Ofí?__ (т?)

G. " > у 0,076 уо.иг (о)/8)°'ш >

аз 8- ($0°-Т) - кут piaainn, со - коеф!ц!снт теыпвритурояровадост! обробляваного ыатер!ала.

Получен! вирази для розрахутсу трьох iisapiaimoa характеристик деформосаного стану ф} \}£ } £¿ дозволявть внзначитн головн! л!н!йн! дефориаци й деформацхх асуву С кутков i) навколо точки А Сиал.2).

с - пг- ' с - rT)-2asin(<t>-30°) .

Ci-<-r- 5з1Пф , сг-ru- ззшФ » ,

с -nr- ¿a eos (бо°-Ф)

tj~-br — — 3sin0 • •

ttz=CD=ere2-> тг$-вр-£г-£3; ir3l=Bc=£3-e¿.

Направленна головких осей деформац!й й £3 в!дносно оброблюванох поаерхн! визначасться кутсыи:

f= azesin (| $ШФ)~ h5'\ Н5а-агс51п(^вШф).чт

Головна ось деформацхг £¿ спряыована вздовж ширини зрхзу й перпендикулярна £< й Е3 .

Механхз» фориоутаорення чаргового елементу (хвилх) сгрукки в!д-буваеться у два этали й починаеться з моменту, коли максимальнх до-тичн1 напруження у д'еформованону слеыент! досягать величина, при як!й починаеться формування хвил1. В цьоиу випадку путь, який проходить рхкуча кромка, визначаться з виразу:

л/_г cos(0-t) _ «?асо$(Ф-Г) , r

ív?sr 3CosTsm<P

Повний путь, до остаточного формоутворення елементу струяки р!вкяеться: п

о 5а sin [Ф - a-xCSin (3Si/iф/s)] Cle

р= 3SLnz0

1итенсивн!сть ивидкост! деформац!? £¿ , за часом визначаеться по формул!

г- .... l/s cost (I7J)

ci~COS((p-T)

Tofli вираз для визначання головних компонент!в швидхост! дефор-мацй' Суде мати вид:

с' - Vs eos reas Ф . р- _ Vs COST Sin (ф-за") .

С05(ф-Г) ' COS (Ф-Т) ' (18)

г'__Vi COSTOOS (60°-ф)

COS (ф-f)

Запропанована схема стружкоутвороння С ыад.2) дозволяв визначмти ochobhí розм!ри й конф!гурац!ю струзки слхдуючих шграз!в: вар елементу хвклх стружки

М=АР= ; »»)

загалыха . товща струхни ТОЕЦа СуЦ1ЛЬН01 Д1ЛЯ1КН стружки

а _ a cos (ф-f) . (21)

и2- . sl/гф

Установлено критерхй утворення чисто зливно: стружки-

О - Ч , i (22)

а~ sstnr + 5COST '

Як показали досл1ддення, при "КО ця умова не дотримуеться i про-цес йде з утворенням-зливнох стружки, тобто з частковим порупенняы суцЬгьностг иатер!алу. Розрахунки показали, що в заяекиост! в!д умов pisara«, при 1Ф0 сталей 45, 95X18 й сплава ХН70ШТР кут скалввання змгаоеться у межах 58...45°; коефхцхент усадки - 0,65...О,92; параметр Лоде - 0,9...О,54. При цьому подовження (потодаення) стружки складае 160...105%, а пошкршення - 8...2%.

Таким чином, можна вважати установлении наявнхеть при ТФО ста-

лей 4 сплавгв негативно? усадки струяски. При цьому вид деформаций -ного стану, вг1дно значения параметра Лоде, являе собою стиснення а подальвим зрувенням попередньо стисненого елемензу..

Анал{э напруженого стацу навколс матер1альнох точци на р1заяь-н!й кромц1хнструменту, а иетов визначення силовик характеристик про-цесу струякоутаорення проводився придусхавчи, що напряы головних осей напруженого стану у розглядаемо! матеркльно? точц!, згхдно а умовою монотонность зб{гаеться з головними осями результативно! деформац{!, а вид напруженого стацу вхдповидае виду к1нцево1 дефор-мац!г.

Зв'язок головнях напружень з головними деформацЬши при веемому кут1 сколювання вирвхаеться ргвностяхи:

бу=тб^тф-р; в3=§-6сСО$(бО°-ф)-р. (23)

Пдростатачний тиск:

рятт6<+бй + б, . С24) о

Нормальнета дотичне напруження у будь як!й точц1 пластичного контакту на передн!й поверхш хнструменту ложна визначити:

бл* ^¿х С0?(ф-30о)С0$гу <"25)

в/Г

Ъ* =1Г МЧФ-ЗОЧйМ^* , «б)

де (й1уг - 1нтенсивн1сть напруженого стану, визначаеться по хнтен-сивностх деформацхх;

¡?п% - кут тертя, вхдповхдно схеыи (мал.З)

де % кут, який визкачае напряи иакскмальних дотичшх налруяень:

%=агс*Ш (эИпФ/$)..

Нормальна сила Ал та сила тертя ;~Рп нгГпер~едн1й поверхн!

(мал.3) розраховуЬться р{вностями: р

де площа пластичного вогнк!ца деформацК; -7 об'ем епюри нор-нальних напружень, побудований на контактн!й площ!; С - довжина пластичного контакту на передай поверхн! РД; С£ - довжина

а

V

Нал.З. Роэкладання р1внод!ючог сил» у точц! контакту на ртзальн} й кромги дйска.

Мал.4. Схема роэкладення сил рхэання на передней та- эаднтй поверхнях рхзального диска.

Д5

загалыгого упруго-пластичного контакту; Q - ширина ар!зу.

Нормально б3 й дотичне Z3 напруження на задн!п noBepxiii:

6J=£&-6i\sLn(60°-<t>)cos*$-sLn<PSit?% ]; сзо)

= 6¿ [sCn{60°~ cp)coí3f + ¿Ш2фУШ2 g]С 31)

Нормальна сила i сила тертя на задн}й поверхн! визнача -ються:

Де il3- величина спрацювання по задн!й поверти!.

Виходжуючн з уиови р1внованення р1внод!юч1к сил, прикладеннх до струаки, (мал.4)можна визначити головну силу pisarara , яка пэ-

реборве onip зргзуваного пару руйнуваннв, та осьовох складовоi силя písareM ру :

Величину та!!ге1Щ1ально1 Сколовог) cimt Рх з достатиься ¡lipoc to4hoctí нотна визначити з виразу: ал у1« > Л° j^a ц1еит тертя. За данный В.А.Балакиш, значения jiia при лшидкхст! сковзанш 20.. . 100 м/с i питокого тиску ра 2,5...4 МПа для сталей й сплавхв складае уметах 0,09...0,2.

Глава 4. Експериментальне лосл!.стення стружкоутаорення i дикзи!яи гтроцосу термо$р1кц!йного ргзання. Дослхдкення виконанх з метой поре-вхрки працездатност1 i встановлешн с тупея: достовхрностх одерлагеас аНалтчних залежностей для визначення основних парачетр1в саружко-утворення i силових характеристик TÍO.

Експерпмента з сикористаннян факторного планування проводились на консольно-фрезерному перстат1 6М131Б з пиасУог1дравлнчноЕ систеиов автоматичного регулювагшя швидкостх р13ашя.

Обробка эразкхв зг стал1 45, 95X18, сплаву ХН70БЗДЕ та чавуну СЧЗО виконувалось РД з д!аметроа 450...500 мм 3Í сталх 50, пореднгм кутсм f = 0°, задшм кутей оС » 9° та радхусом заокругленда рхзаль hoí кромки X « 0,1 мм. Складов! сили рхзаии вюЛрювали динамометром УДМ-1200, Температуру у контактной эонг та поверховому шару bümí-ряли по спеЦ1альнхй схемг штучними та нап1вштучними термопарой. Значения склапових сил рхзання i температуру реестрували вкальними лри--лапами та осцтлографами.

Усадку визначали вхпомими засобаыи по довжинх й тов!ЦИН1 стружки.

зколввання розраховували по формул!

По результатам радаирування фактор1в, впливаючих на процес ТФС, г.хлеш найбЬыя эначнх - ивидкхсть рхзання У$ , колова ввидкхсть 4 Ц , параметра зр1эуваного шару, що оц1нвються величиною плоц1 ^-аВ , коефщхснт темп ера туропров I дш с т 1 о) , що характеризуемся .еплоф!зичними властивостями матер1ал!в. На основ! попереднхх дослхд-.ень г практичных мхркувань прийкят! ыежи вархюЕання факторхв: № ш 50...315 ммДв; У9 - 42...72 м/с; Г - 50...300 мы4; СО « (3,6...8) 10 иг/с.

Реал1зац1я повного факторного експерименту СПФЕ) - 2 I статистичн; "бробка результатов э використанним ЭШ дозволили одержате адекватн! :атематичнх модели у вигляд{ ступенних залежностея для визначент чоеф!ц!ента усадки стружки

__9^738_ . (гк\

/К- уо,Ш уО.,„ , ^

температур« у контактна ао!П

р. 31?,ЧУ9°'г0&У°>" Г . гам

а- '

складових сил рхзання

Рг- ' а?1-07 >

9 Ь (37)

п э.гэу^г''0'

У^'и)1-0*

Встановлено, що зб!львення ювидкостх р!зання та коловог ивидкост РД, в значн1й игр!, экижуе величину усадки стружки. Цей ефект посилю-еться !з збхлывенням температуропров1дностI материалу та практично не валежитъ вхд розмхр!в зрхзуваного вару.

Значнмй вплив на параметри ТОО справляють теплофхзичи! влаетивос1 оброблюваних материалiв. Чим влща теплопров!дн!сть матер1алу заготовк! тим б1льи! ступенх дефсрмвхш можуть бути досягнут! при ментих значен нях сил рхзання. Експеркментально доказана правомерность вккористання олерианих валежностей для усхх сталей та сплав!в, темпера туропров 1д-ност! яких не виходить за мея! експеримент1в.

Значения ефективнох потужност! природа обертаннн РД та приводу

подач, на основ! охтержаних залежностей, визначаеться по формулам:

I/ О,77 1Г*>ае \/

* г у> > СЗВ)

со1

,{,7? г Vз.

-7 \/ ' V '

#5 = 6,23^ ^ом^и ■ С39)

Пор1вняння результатов теоретичних та експериадентальних дослхд-женъ з вихористанням ловхрочних випробувань при заданхй надхйностх (¿н * 0,95 показали, що 1з!дхиленкя значень коефщхента усадки й кута сколювання, що визначаються по аналхтичним залежностям, не перевищуе 10..'.12% в!д експериментальних значень, вгдхилення значень складових сил ргзанкя не. перевищуе 17$. Цё дозволяе застосовувати одержан: ана-лхтичи! залежностх для 1нкенерких розрахункхв.

Глава 5. Дослтдження елемент!в технолог!! термофрткцхйного т>1зання. Термофрхкцхйне р1зання, що припускае використання обертаючого !нструменту з круговою рхзальною-. частиною, взноситься до невольного р1затя 3 непост!йМ1стю кгнематичних параметров по довженх леза, вершина якого уыовно подхляе дугу контакту на головну (активну) та допо-мхжну рхзальн! кромки.

Принцилова К1нематична схема "ИО заснована на сполученн! поступо-вого Уз х обертаючого Ц равном !рних рух!о, вихонаних у площинх, 1ерпендХкулярн}й ос1 РД. При цьому усх точки р!зального леза рухаються 10 траектор11, що уявляе укорочену циклону, параметра якох' визначають значения переднього х заднього к!нечатичних кутхв (<ГК , оСи) та 11нематичного кута нвхилу р{зально5 кромки (. Величини Ц1х кутхв^ тля будь яких точек рхзального леза, знаходяться э рхвностей:

сСи=с<с + агсЪд{ЬдсСуСа5г), С41)

С42>

е оСу-кут нахилу осх РД, що застосовуеться з ц!лью покращення умов бробки

£ - кут нахилу р1зальнох кромки у осночн1й лощлн1; ^ - кут м!ж

Ктнематичн! кути слравлчють великий вллив на роэмхри I форму плас-и'дногс вогнища' деформацх!, отав визначають темгературно-силов1 у!»сил еформуванья зр1зуваногз шару, ступ1нь деформацП зрхзуванох стручки а ст:йк!сть РД. При практично застосовуваних розм!рах гагот!вок 1

режим i б обробки статичнх кути (кути заточи!) рекомевдуеться прийм) у межах "С* 0...5°; оСс*■ 5.. .12 .

Встансвлено, що значения кута ХкУ процесх обробки не гпдви вдють 10° та розподтються по довжин1 робочо1 д1лянки леэа з пер< míhob знаку у точц1 вершини. Таким чином, активна та допомхкна pi-зальнх кромки працввть в умовах косокутного уЛзання.

У nopÍ8№JHHÍ Í3 эвичайним лезвхйним 1Нструментои,РД мае бхлы вищу ст1йк!сть внасладку пост!йного обновлювання активно? п!лянки р{зального леэа та його штенсйвного охолоджування потоком пов!тря При обробцх спостерхгапться два основних вида спрацювання РД: п1д-вищенкя радхуса заокруглення ртзально*1 кромки та адгезхонне схоплх вант, характерне приобробцг ваякооброблпваних сталей i сплавав.

При температур! у контактной зон: близькоЗс до температури пла Л1ння пар, що труться, мопляво оплавления передньох поверхн! РД.

Досл1дження виявляють, що пхдвицення у результат! спрацювання радиуса заокруглення ртзально!" кромки вище 0,4...0,5 мм викликае появу вхбращй, р!зке пхдзищення втрат потужност1 та погхршення якостх оброблювано!' поверхн!. Стгйк!сть РД склацае 600 хв. при обробцх стал! 45 та 240...300 хв. при обробцх стал1 95X18 i сплаву ХН70ВМ1Ю.

Висока температура Harpisy (500°...700 С) i неравномхрнхсть пластичних деформаций, обусловлюють розвиток термÍ4mx напружень та структурних змхн у поверховому варi оброблсванох заготхвки, у результат! чого створсеться дефектнкй вар С наклеп) ювщиною

0,5...1 ми. На глибин! више I мч деталь мае початкову структуру без будь-яких помгтних змт.

Нормальна сила, дхвчи э боку РД викликае стиск поверхового ва ру, а сила чертя - пластичне розтягання. У зв'язку з гам, при обробцх випробуваких сталей i сплав!в, у поверхневоыу шарi, глибииою в!д 7 до 14 мкм, концентрупться розтягусчх за лишков i иапруги з максимумом на поверхн{ зразку бр «= 450...II00 ИПа, KOTpi дал! перехоля ть у стаскутт бСл1* 200...750 Ша та залягасть на глибин!

у «= 100. ..140 мкм. Твердость всверхн1 П1двищуеться до НВ 200... 400 одиниць. Микротрхщипи В1дсугн1. Шорсткхсть обробленох поверх«!

/?¿80... /?£40. МЬфотвердхсть на глибин! до 0,2 мм може П1лвшцу-вати початкову у 1,3...1,5 рази, а на глибинх вище 0,6 мм 36epi-гаеться м{кротверд1сть основного металу. Подалыиа чистова обробка не утрулнюеться. Для можчивостх формування якост! обробленох поверх hí ззпропоновано РД э регулхрусиим полхтряк;".; потоком: I

J9

Глава 6. Оптом хзацгя процесу. практики» рекоиендац!! та впро-задження процесу ТФО. Досл1дження закономipHocTi стружкоутворення при Т$0 та одержан! на ix основ! залежностх для визначення темпера-гурно силових характеристик i потужнос« внкористовуються як обие-купч: фактори для оптим!зацп режим!в рхзання, котрх практично мо-tyTb бути реалхзованх на iскупчих металорхзальних верстатах,

йпсодачи э експериментально доказаного положения, що прсцес гермофр!кц!йного рхзання випробованих сталей i сплав1в благоприемно ipoTÍKae при температур! у зонх рхзання 900.,.I200°C i виключас ií i числа napaMerpiB, akí оптим!зугть, розроблена математична модель i цхльовою функц1еп f]= ÍWQX э використанням алгор1тм1ч-

юго методу onTHMÍaaqii - лтйне програмування з геометричною нтерпретацхег) результате. Одержана модель дозволяв визначите опта -'альн! режим и р!зання при TÍO сталей 45, 9518, сплав!в ХН70ЕМИО i авуна СЧ30. Наприклад, при обробц1 заготхвок Í3 стал! 95X18, В * 70 мм, t к 3 мм,от.'имальт режими: ]/¡ = 120 т/хв] П9*2ООО об/хв.

ВйпробуЕання ТФО на модерн!з!рованих фрезерних верстатах третьо-

0 типорозмхру виконувалось на Краснорхчэнському верстатобупуЕНоыу аводх С Луганська область) i дозволило шдвищити продуктавнхсть pí-ання у 1,2...1,4 рази i одержат/ економхчний ефеят 53 тас.крб.

а станом на грудень 1991 року.

ЗАГМЬН! ВИСНОВКИ

1. Розкрита ф!зична суть процесу ТФО як процесу високоевндк1с-эго пластичного деформування, роз1гр!того до температури

X). ..1200°С металу у sohí рхзання з утворенням зливно? стружки або гружки .надламу при обробцх ciporo чавуну-

2. Розроблена модель стружкоутворення. Теоретично сбгрунтована

1 експериментально п!дтверджена можлив1сть визначення деформованого i напруженого стан!в зрхзуваного вару, який перетворюеться у струж-

з використашим основных положень Teopii пяастичност!.

3. Одержан! аналхтичн! залежност!, як! описулть поле деформацы вколо будь яко! матер!альнох точки, розтаиовано1 у вогнищх пластич-го деформування. Розрахован! iHBapiaHTHi характеристики та головш мпоненти деформованого стану. Установлен! умови утворення, конф1 -рац!я í геометричн! па рам 9 три стружки.

4. Результата розрахушав псказують¡ що при термофрикцхйному 33hhí сталей 45, 95X18 та сплаву ХН70ВМТЮ величина кута сколявання хотеться у межах 58...45°, в величина зв'заного з ним функционально

параметра Лоде - 0,95...О,66. Вид яеформованого стану у зрхзуваному 1'ар1 являс собою стиснення з наступним зсувом стисненого елементу. Утворссться зливна стружка з частковим поручениям суц!льностх у вид1 хвил1. Коефщхенг усадки складае 0,65...0,92, поюирення стружки 6...2% в1д юирини зрхзуваного вару. 3 пхдвищенням швидкост! рхзання, коловог ш вида ост I РД та коефщхекта температуропровщностх, який ха-рак терн зуе теялоф13ичн1 якостг оброблюваного матерхалу, усадка змен-¡¡уеться, Негативна усадка указуе на бглью рац10нальн1 умови деформу-вання у зр1зуваноиу варх у порIвилянI з традиц!йним рхэанням.

5. На основ! аналхзу напруженого стану у зон! струккоутворення виведенх формули для теоретичного розрахунку величини контактних напружень, сил на контактних поверхнях РД та складових сил рхзання, якх визначасть ефективну потужн1сть р1зання. Збхяьнення ювидкостх р1-занвя та розч 1рхв зрхзусаного гару приводить до значного зростання сил, а зб}льиення коловох ввипкост! РД та коефщхента темперахуропро-в!дностх до Зх зниження. Вхдхилення теоретичних.! експериментальних цаних не перевервуе 1716. •

6. Для ТОО рекомендуються р1зальн! писки з! стал! 50 та 50Г. Встаиовлен1 оптимальнг кути заточування: передай кут 0...50, задн!й-

5...15°, Ндногення ширина загот!вки до д!аметру диска повиннэ бути не бхльве 0,2. Допустима спрадьованнзсть РД по радхусу ■звокруг-лення рхзального леза 0.4...0.5 мм. Стхйк!сть досягас 600 хв. при об-робцх стал1 45 ! 240...300 хв при обробц1 стал! 95X18 та сплаву ХН70ВМТХ), Коли процсс рхзання установився, температура на зовншньому контур1 РД не перевериус 50...60°С.

7. Поверхневий шар мае цеформовану структуру та дхстае зм!цнення Снаклеп). Мхкротвердхсть на глибин1 до ,0,2 им може перевищувати почат-кову в 1,3... 1,5 рази, а на глибин1 0,6 мм дор!вшге початковхй. Шор-стк1сть поверхнх з висотою мхкронер!вностей 40...80 мкм. Глибина наклепу - 0,5...О,6 мч, у поверхневому варх формуються сприятлив! ' стискуюч! напруження.

8. Розроблена математична модель встановлення оптимальних режимов р!зання при обробцт на фрезернкх верстатах. Для стал! 95X18 -

У5 * 120 мм/хв, П3* 2000 об/хв.

9. Результата роботи впровад^ен1 на Краснорхченському веретато-Суд!иному заводх (ЛуганськсЗс облает:) . Рхчний економхчний ефект скла-лас 53 тис.крб. за станом на групень 1991 року. Нам1чен1 шляхи по.чальюого розвитку ТФО.

Основний зм1ст лисертацП опубл!ковано в наступи!« роботах. Зарубицкий Е.У., Плахотник В.А., Покинтелица Н.И. Исследование температурных параметров процесса термофрикционной обработки коррозионноетойких сталей./Повышение эффективности процесса резания материалов//Волгоград, 1987. - с.67-69. Зарубицкий Е.У., Плахотник В.А., Дейнека И.Г. Обработка плоских поверхностей деталей из стали 1Х18Н10Т//Инф.листок УирИИШТИ, 1984, » Ш 001/10, 4 с.

Зарубицкий Е.У., Костина Т.П., Плахотник В.А. ЕЬбор оптимальных условий резания при обработке плоских поверхностей дисками трения/ Конструирование и производство транспортних маиш/ДИэд-во ХГУ, X., 1907. - с. 119-122.

Зарубицкий Е.У., Костина Т.П., Плахотник В.А. Модель струикооб-разования при термофрикционном реэании//Тез.докл.научно технич. хонф. ИСМ. К., 1992.

Зарубицкий Е.У., Покинтелица Н.И., Плахотник В.А. Определение длины контакта стружки с передней поверхности инструмента при термофрикционнои резании/Проблемы развития лономотивостроснля /Дез.докл. научно технич.конф. Луганск, ЛНСИ, 1993.- е.65„ Зарубицкий Е.У....Костит Т.П., Плахотник В.А. Тепловые на груженая и разгруления элементов режущего клина при термофрикционном резании/Конструировадае и производство транспортах магин//Изд-во ХГУ, X., 1987. - с.95-99.

Зарубицкий Е.У., Плахотник В.А. Термофрккционная обработка плос -ких поверхностей деталей из стали 1Х18Н10ТДехн.и орг.пр-ва //1984, J? 4, с.53.

( iß 1 Володииир Андр!йович ПЛАХОТНИК /

ЗАК0Н0М1РН0СТ1 ПРОЦЕСУ СТРШОУТВОРЕШЙ ПРИ TEPiiO-ФРЙКЦИШШ 0БР0БЦ1 плоских ПОВЕРХОНЬ Р13АНШ

АВТОРЕФЕРАТ

писано до друку /5. 02 94 р. Формат I/I6 60x84 Ум.друк.арк. i .90 ftjpas 100 прим.

ьниця оперативно? полгграфгг Сх1дноукрашського державного зерситету

>34 м.Луганськ, кв.Нолодганий, 20а.