Підвищення ефективності механічної обробки виробів зі сталей з підвищеними характеристиками міцності

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Паршин Юрій Іванович

УДК 621.9.011 - 194

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ МЕХАНІЧНОЇ

ОБРОБКИ ВИРОБІВ ІЗ СТАЛЕЙ ТИПУ 38ХН3МФА

З ПІДВИЩЕНИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

МІЦНОСТІ

Спеціальність 05.03.01. - Процеси механічної

обробки, верстати та інструменти

автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Донецьк 2000

 Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі технологіі машинобудування Національної металургійної академії України Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Проволоцький Олександр Євдокимович, Національна металургійна академія України, професор кафедри технології машинобудування.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Матюха Петро Григорович, Донецький державний технічний університет, завідувач кафедри металорізальних верстатів та інструментів; кандидат технічних наук, доцент Крепак Олександр Сергійович, Приазовський державний технічний університет, доцент кафедри металорізальних верстатів та інструментів.

Провідна установа: Харківський державний політехнічний університет, кафедра Різання матеріалів та ріжучі інструменти Міністерства освіти і науки України, м.Харків.

Захист дисертації відбудеться 22.06.2000 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 11.052.04 у Донецькому державному технічному університеті за адресою: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, ДонДТУ, 6-й навчальний корпус, ауд.6202

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Донецького державного технічного університету: 83000, м. Донецьк, вул. Артема, 58, ДонДТУ, 2-й навчальний корпус

Автореферат розісланий 19.05. 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доц. Т. Г. Івченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Сучасне машинобудування потребує підвищення експлуатаційної якості базових деталей машин та механізмів за рахунок змінення механічних властивостей конструкційних матеріалів. Ці завдання можуть бути вирішені у результаті використання високолегованих сталей та сплавів, які дорого коштують, або до корінного змінення технологічного процесу виготовлення деталей, починаючи з методу отримання початкового металу, методу пластичного формоутворювання, різних видів термічної обробки та у деякій мірі мікролегуванням сталей рідкими та рідкоземельними матеріалами з наступною механообробкою.

З підвищенням механічних властивостей за рахунок заданого комплексу заходів знижується ефективність механічної обробки, зокрема при точінні, свердленні, розсвердленні та ін. Матеріали з високими експлуатаційними властивостями характеризуються низькою оброблюваністю різанням, а процес механообробки супроводжується високою інтенсивністю зносу ріжучих інструментів.

Проведений аналіз призначення режимів механообробки показав, що при їх виборі враховуються тільки фізико-механічні властивості (_в) оброблюваного матеріалу, а також стан поверхні заготівки, що у ряді випадків є недостатнім.

Тому, підвищення ефективності процесів механообробки легованих сталей з підвищеними характеристиками міцності на основі науково-обгрунтованої методики визначення оптимальних параметрів різання з врахуванням особливостей оброблюваності різанням, структурного стану металу та його методу отримання є актуальним завданням.

Звязок роботи з науковими планами, темами. Робота виконана відповідно до планів НДР та ОКР Національної металургійної академії України за договорами з ДНТЦ АСО (№№ держ. реєстрації 0195V008014; 0195V008012; 0195V008011 та АТ Дніпроважмаш (№ держ. реєстрації 0198V009020), які входять у державну програму України з розробки та засвоєння виробів відповідального призначення.

Метою роботи є підвищення ефективності процесів механообробки деталей відповідального призначення на основі визначення оптимальних умов обробки легованих сталей з підвищеними характеристиками міцності.

Для досягнення мети у дисертаційній роботі були поставлено такі завдання:

1.Створити модель оптимізації процесу механообробки великогабаритних виробів відповідального призначення з підвищеними характеристиками міцності з врахуванням структурного стану металу та методу отримання початкової заготівки.

2.Визначити технічні обмеження, котрі накладаються на режими обробки великогабаритних виробів точністю обробки, жорсткістю системи ВПІД (верстат - прилад - інструмент - деталь).

3.Встановити регресійні залежності, котрі описують змінення швидкості різання від елементів режимів та комплексу фізико-механічних властивостей заготівки (межі міцності, відносного звуження, ударної вязкості та твердості), способу її отримання та виду термічної обробки.

4.Розробити картки оброблюваності деталей з хромонікелемолібденових сталей, модель пошуку та схему прийняття рішень при розробці процесу механообробки деталей відповідального призначення.

5.Впровадити у виробництво рекомендації з визначення режимів при розробці процесів механообробки хромонікелемолібденових сталей з підвищеними характеристиками міцності.

Методика досліджень. Теоретичні та експериментальні дослідження виконано на основі фундаментальних положень теорії різання металів, технології машинобудування, включаючи також питання формоутворювання заготівок, теорії математичного планування експериментів, методів оптимізації, методів статистичної обробки даних та методів математичного моделювання на ПЕОМ.

Експериментальні дослідження виконано у лабораторних та виробничих умовах акціонерного товариства Новокраматорський машинобудівний завод.

Виконано математичне моделювання процесів механообробки з використанням сучасних пакетів прикладних програм.

Достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій, сформульованих у дисертації підтверджується відтворюванням досліджень, адекватністю отриманих математичних моделей процесів механообробки легованих сталей, а також дослідно-промисловою перевіркою отриманих результатів.

Наукова новизна роботи полягає у тому, що на базі висунутого наукового положення, згідно з котрим швидкість різання залежить від комплексу механічних властивостей заготівки (межі міцності, ударної вязкості, відносного звуження та твердості), визначені оптимальні режими механічної обробки великогабаритних виробів із сталей типу 38ХН3МФА.

При цьому:

- уточнені залежності, які дозволяють визначити швидкість різання від елементів режиму різання та комплексу фізико-механічних властивостей, методу отримання початкової заготівки, виду термічної обробки;

- виявлені закономірності впливу режимів різання на показники якості оброблюваних поверхонь деталей відповідального призначення із сталей типу 38ХН3МФА з підвищеними характеристиками міцності та точності процесу механообробки;

- розроблено методику оптимізації процесу механообробки великогабаритних виробів із хромонікелемолібденових сталей;

- запропоновано порівняльні показники оброблюваності по зносу та тривалості різання до заданого критерія затуплення ріжучих інструментів при механообробці важкооброблюваних матеріалів.

Запропонований комплекс технічних рішень дозволив виявити можливість підвищення продуктивності процесу механообробки без утрати точності системи ВПІД, таким чином побудована основа для автоматичного керування процесами різання важкооброблюваних матеріалів.

Автор захищає: залежності впливу на швидкість різання комплексу фізико-механічних властивостей (межі міцності, відносного звуження, ударної вязкості та твердості), методику оптимізації процесу механообробки великогабаритних виробів з хромонікелемолібденових сталей; методику визначення порівняльних показників оброблюваності важкооброблюваних матеріалів; алгоритми моделювання процесів точності механообробки на ПЕОМ з врахуванням жорсткості системи ВПІД; розроблені конструкції ріжучих інструментів, зокрема свердлильної головки для глибокого свердлення та конструкцію токарного прохідного різця для чистової та напівчистової обробки; логічну схему прийняття рішень при розробці та засвоєнні процесу механообробки деталей з хромонікелемолібденових сталей з підвищеними характеристиками міцності.

Практична цінність. Результати досліджень дозволили:

- дати науково-обгрунтовані рекомендації щодо призначення режимів різання при обробці великогабаритних виробів із сталей типу 38ХН3МФА з підвищеними характеристиками міцності;

- розробити картки оброблюваності та методику прийняття рішень при засвоєнні процесів механообробки з важкооброблюваних матеріалів;

- запропонувати нові конструкції ріжучих інструментів: свердлильної головки для свердлення глибоких отворів та токарного прохідного різця із змінною геометрією для чистових та напівчистових операцій.

Впровадження. У промисловість впроваджено: технологічні рекомендації щодо призначення режимів механообробки та визначення оптимальних марок інструментальних матеріалів при обробці сталей типу 38ХН3МФА; інструментальне забезпечення для токарних операцій.

Результати роботи використані в акціонерному товаристві Новокраматорський машинобудівний завод, АТ Дніпроважмаш та рекомендовані до включення в навчальну програму підготовки інженерів.

Економічний ефект від впровадження указаних розробок складає 12 480 грн.

Особистий вклад здобувача полягає у проведені експериментальних та теоретичних досліджень, розробки методик, математичних моделей, програм для моделювання процесів механообробки на ПЕОМ, впровадження результатів роботи у промисловість.

Апробація результатів. Основні положення та результати роботи доповідались, обговорювались та були схвалені на ряді науково-технічних конференцій і семінарів, у тому числі: на 6-й міжнародній науково-технічній конференціі Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем (м.Краматорськ, жовтень 1995 р.); науково-технічній конференціі Проблемы техники, технологии и экономики машиностроительного производства (м.Краматорськ, травень 1996 р.); науково-технічній конференціі Ресурсо- и энергосберегающие технологии в промышленности (м.Одеса, 4-6 вересня 1996 р.); науково-технічній конференціі Современные проблемы машиностроения и технический прогресс (м.Севастополь, 10-13 вересня 1996 р.); міжнародній науково-технічній конференціі до 100-річчя механіко-машинобудівного та 50-річчю зварювального факультетів НТУУТ, 25-28 травня 1998 р. Прогресивна техніка і технологія машинобудування, приладобудування і зварювального виробництва (м.Київ, НТУУТ, 25-28 травня 1998 р.), на міжнародній науково-технічній конференціі Машиностроение и техносфера на ребеже XXI века (м.Севастополь, 13 - 18 вересня 1999 р.); на науково-технічних семінарах ДДМА та НМетАУ.

Публікації. Основні результати дисертації опубліковані в 13 машинописних роботах, включаючи 6 статей у фахових виданнях ВАК, 2 заявки на винахід.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, пяти розділів, загальних висновків, списку використаної літератури та додатків. Робота викладена на 269 сторінках машинописного тексту, містить 120 рисунків, 24 таблиць, список літератури з 146 найменувань, 11 додатків.

обробка механічний сталь міцність

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовано актуальність теми досліджень, викладено мету та завдання досліджень, наукову новизну, практичну цінність та апробацію результатів дисертації, публікації матеріалів та впровадження результатів роботи.

Перший розділ присвячений аналізу існуючих параметрів оцінки оброблюваності матеріалів та методів оптимізації процесів механообробки сталей з високими характеристиками міцності.

Отримати матеріал з заданими високими характеристиками міцності можна двома шляхами - створенням нового матеріалу та удосконаленням способу отримання заготівки та її термообробки. Другий шлях відрізняється мобільністю та може бути реалізований у більш короткий термін. Разом з тим, підвищення властивостей міцності матеріалу завжди повязується з погіршенням його оброблюваності та неможливістю використовувати відомі рекомендації у визначенні режимів механообробки, тому що ми маємо справу практично з новим матеріалом.

На підставі літературного огляду для оцінки оброблюваності сталей типу 38ХН3МФА з різними засобами отримання заготівки та термообробки було вибрано такі параметри: швидкість різання; точність обробки, котра характеризується в основному інтенсивністю розмірного зносу ріжучого інструменту; можливість отримання необхідних параметрів шорсткості обробленої поверхні та ін.

Оптимальні умови обробки вирішено визначати за критерієм мінімальної собівартості з використанням технічних обмежень, котрі накладуються на режими різання та визначаються експериментальним шляхом, а також за допомогою моделювання процесів на ПЕОМ.

У звязку з цим, у роботі поставлені мета та завдання, приведені раніше.

У другому розділі викладено методики експериментальних досліджень та моделювання процесів на ПЕОМ. Експерименти було проведено у виробничих умовах на токарному верстаті 1А680. У якості зразків використовувались реальні заготівки (діаметр 320 мм, довжина 8000 мм) із сталі 38ХН3МФА, котрі отримані різними методами: прямого електрошлакового переплаву та подвійного переплаву з мікролегуванням ніобієм та бором.

У результаті запропонованої технології отримання заготівки, у розробці якої брав участь і автор, було досягнено межу міцності _в = 1550 МПа, із збереженням високих показників ударної вязкості та відносного звуження, внаслідок чого сталь перейшла у групу високоміцних та важкооброблюваних. Методики досліджень розроблювались із врахуванням того, що експерименти необхідно було проводити на реальних заготівках у виробничих умовах, що обумовлювалось впливом масштабного фактору на фізико-механічні властивості.

У звязку з цим дослідження впливу режимів обробки та фізико-механічних властивостей, обумовлених різними засобами отримання заготівки та термообробки виконувалися експериментально, а визначення технологічних обмежень за точністю обробки - моделюванням на ПЕОМ. Алгоритм визначення оптимальних режимів різання сталі 38ХН3МФА подано на рисунку 1.

Обробку проводили стандартними прохідними різцями з матеріалом ріжучої частини із двокарбідних твердих сплавів - Т15К6 та Т5К10, з геометричними параметрами: =10; =12; =45; ₁=15; =0; r=0,3 мм та групи однокарбідних твердих сплавів ВК6ОМ та ВК10ХОМ з такими геометричними параметрами: =8; =15; =45; ₁=15; =0; r=0,3 мм. Точіння проводили без охолоджування з глибиною t = 1,5 мм та подачою S = 0,36 мм/об. За критерій затуплення різців прийнято їх знос по задній поверхні h_з = 1,2 мм. Параметри шорсткості Ra виміряли приладом профілографом-профілометром TAYLOR-HOBSON/Surtronic-3. Для обробки глибоких отворів були використані базові та запропоновані конструкції свердлильних головок. Контроль параметрів шорсткості глибоких отворів виконано прибором профілографом-профілометром мод. 500, співосність отворів виміряли прибором UFD - 310.

Розроблено методику визначення порівняльних показників оброблюваності легованих сталей за параметрами зносу ріжучих інструментів та тривалістю різання до заданого критерію затуплення (рис. 2).

Запропонована методика дозволяє отримати порівняльні оцінки зносу ріжучих інструментів при обробці сталей, отриманих різними технологічними методами з врахуванням термічної обробки, та зробити порівняння діапазонів стійкої роботи ріжучого інструмента до заданого критерію затуплення. Порівняльні показники К_T дозволяють також визначити раціональний час роботи ріжучого інструмента до його переточки.

Розроблено методику моделювання обробки на ПЕОМ з метою визначення похибок обробки деталей типу валів та алгоритм рішення завдання, що дозволило визначити можливість підвищення режимів різання без утрати точності системи ВПІД за рахунок використання у моделюючій програмі формули для розрахунку швидкості різання з врахуванням фізико-механічних властивостей заготівок.

Розроблені методики дослідження впливу твердості, межі міцності, ударної вязкості та відносного звуження, які дозволяють оцінити ступінь впливу кожного із складових на коефіцієнт фізико-механічних властивостей та швидкість різання.

Розроблено методики статистичного аналізу результатів досліджень процесів механообробки легованих сталей з використанням ПЕОМ.

У третьому розділі подано результати досліджень особливостей процесу різання сталі 38ХН3МФА з підвищеними характеристиками міцності.

Якість матеріалу для отримання виробів повинна характеризуватися не тільки _в, а також і величинами відносного звуження , ударної вязкості та твердості НВ. У звязку з цим було висунуто наукове положення про вплив цих факторів на швидкість різання. Цей вплив було запропоновано враховувати за допомогою коефіцієнтів, у припущенні про прямопропорційний вплив _ф і _ф.

Для врахування комплексу фізико-механічних властивостей, запропоновано у формулу для розрахунку швидкості різання ввести відповідні коефіцієнти межі міцності К, відносного звуження K та ударної вязкості K.

, , , (1)

де: , , - межа міцності, відносне звуження та ударна вязкість еталонного зразка (за еталонний зразок прийнято сталь 38ХН3МФА з показниками фізико-механічних властивостей за ДОСТ 4543-71);

, _ф , _ф - фактичні значення межі міцності, відносного звуження та ударної вязкості досліджуваної сталі.

Після відповідних перетворювань отримано:

, (2)

де: S, t - подача, мм/об та глибина різання, мм;

C_v, y_v, x_v, m - постійний коефіцієнт та показники ступеней;

T - стійкість ріжучого інструменту, хв.;

К_НВ - коефіцієнт, який враховує твердість досліджуваної сталі.

Для зручності практичного використання формули (2) з метою теоретичного визначення швидкості різання треба виконати перетворення з врахуванням стандартних значень фізико-механічних властивостей сталі 38ХН3МФА:

, (3)

де: НВ - твердість досліджуваної сталі;

n_v = 1 - 1,5 - для незагартованих сталей;

n_v = 1,5 - 2 - для загартованих сталей.

Формула (3) дозволяє виконати розрахунок швидкості різання при обробці сталі 38ХН3МФА з врахуванням комплексу механічних властивостей: межі міцності, ударної вязкості, відносного звуження та твердості, та підвищити продуктивність обробки на 15 - 20 %.

Коефіцієнти та показники ступеней (табл. 1), котрі входять у формулу, отримано при встановленні швидкісних залежностей при проведенні досліджень тривалості різання до заданого критерію затуплення при механообробці сталі 38ХН3МФА у результаті використання методики планування експериментів.

Визначено технологічні обмеження, що накладаються на режими різання процесу механічної обробки, які враховують задані показники якості і точності оброблюваних поверхонь: (4). де: V_т - швидкість різання, відповідна припустимому зносу ріжучого інструменту по критерію точності механообробки, м/хв.; t_тп - глибина різання, призначувана за технологічним процесом з врахуванням етапу механічної обробки, мм ( відповідно до розбивки припуску на проходи);

V_кр, S_кр, t_кр - максимально припустимі величини швидкості різання (м/хв), подачі (мм/об) та глибини різання (мм) за критерієм точності механообробки;

V_опт, S_опт, t_опт - оптимальні величини швидкості різання (м/хв), подачі (мм/об) та глибини різання (мм);

V_Ra, S_Ra, t_Ra - величини швидкості різання (м/мин), подачі (мм/об) та глибини різання (мм), які обмежено заданими параметрами шорсткості.

Таблиця 1 Значення коефіцієнтів та показників ступеней у формулі швидкості різання при механообробці сталі 38ХН3МФА

Метод отримання початкового металу 38ХН3МФА	Термічна обробка	Коефіцієнти та показники ступеней Cv Xv Yv m
Електрошлако-вий переплав	відпал	189,705	0,189	0,173	0,347
Електрошлако-вий переплав	нормалізація з відпуском	149,086	0,187	0,172	0,302
Подвійний переплав	відпал	156,073	0,194	0,175	0,311
Подвійний переплав	нормалізація з відпуском	132,804	0,176	0,163	0,278

За допомогою розробленого програмного забезпечення отримано регресійні залежності зносу ріжучих інструментів різних марок при обробці сталі 38ХН3МФА з врахуванням структурного стану металу у залежності від методу отримання початкового металу та виду термічної обробки (табл. 2).

Результати досліджень показали, що більш суттєвий вплив на оброблюваність чинить термічна обробка, ніж метод отримання початкового металу заготівки, тобто порівняльні показники стійкості ріжучих інструментів К_Т вище при дослідженні впливу термічної обробки, ніж при дослідженні методу отримання початкового металу заготівки. Також встановлено, що вплив термічної обробки на оброблюваність сталі, отриманої подвійним переплавом проявляється у більшій мірі, ніж на оброблюваність сталі, отриманої методом електрошлакового переплаву.

На базі розроблених карток оброблюваності деталей з хромонікелемолібденових сталей та моделі пошуку рішень здійснено розробку логічної схеми прийняття рішень, котру покладено в основу комплексної технології виготовлення відповідальних виробів машинобудівного комплексу.

Таблиця 2 Регресійні залежності зносу ріжучого інструменту по задній поверхні h_z від тривалості різання Т. Режими обробки: V=50 м/хв; S=0,36 мм/об; t=1,5 мм

Оброблений матеріал з врахуванням термічної обробки	Метод отримання початкового металу	Ріжучий інструмент	Регресійна залежність hz = f(T)
Сталь 38ХН3МФА D=300мм, після нормалізації з відпуском	ЕШП	ВК6ОМ Т15К6 ВК10ХОМ Т5К10	hz=0,24T0,468exp0,004T hz=0,253T0,123exp0,026T hz=0,045T0,869exp0,004T hz=0,167T0,15exp0,025T
Сталь 38ХН3МФА D=300мм, після нормалізації з відпуском	Подвійний переплав з мікролегуванням	ВК6ОМ Т15К6 ВК10ХОМ Т5К10	hz=0,386T0,018exp0,041T hz=0,212T0,212exp0,025T hz=0,018T1,218exp0,013T hz=0,307T0,125 exp0,025T
Сталь 38ХН3МФА D=300мм, після відпалу	ЕШП	Р9М4К8 ВК6ОМ Т15К6 Т5К10	hz=0,361T0,106exp0,031T hz=0,309T0,008exp0,044T hz=0,063T0,726exp0,003T hz=0,016T1,183exp0,015T
Сталь 38ХН3МФА D=300мм, після відпалу	Подвійний переплав з мікролегуванням	Р9М4К8 ВК6ОМ Т15К6 Т5К10	hz=0,202T0,479exp0,018T hz=0,132T0,432exp0,026T hz=0,099T0,669exp0,008T hz=0,061T0,676exp0,0004T

У четвертому розділі на основі запропонованого підходу до дослідження процесу різання хромонікелемолібденових сталей розкрито особливості процесу механообробки матеріалів з високими фізико-механічними властивостями та визначено ступень впливу технологічних факторів на якісні показники обробки сталей типу 38ХН3МФА.

Суттєвий вплив на процес механообробки мають методи отримання початкової заготівки та термічної обробки. Сталь, яка отримана методом подвійного переплаву з мікролегуванням (у порівнянні зі сталлю, отриманою методом ЕШП), характеризується більш дрібнозернистою структурою та відповідно низькою оброблюваністю різанням. Сталь 38ХН3МФА після відпалу характеризується кращою оброблюваністю, чим сталь 38ХН3МФА після нормалізації. При цьому для сталі 38ХН3МФА, незалежно від методу її отримання, більш сприятні умови для обробки, з точки зору зносу ріжучих інструментів, забезпечуються при перлітній структурі. При структурі сорбитообразного перліту зростає інтенсивність зносу ріжучих інструментів, але зявляються більш сприятні умови для досягнення якості оброблених поверхонь.

При обробці сталі 38ХН3МФА, котра знаходиться у будь-якому структурному стані менш інтенсивний характер зносу мають інструменти з матеріалом ріжучої частини Т5К10 та Т15К6 серед вибраного діапазону марок ріжучих інструментів, які використуються у виробництві (рис. 3).

Показано, що інструменти з матеріалом ріжучої частини ВК10ХОМ при обробці сталі 38ХН3МФА після відпалу характеризуються як найбільш зносостійкі, але інструмент цієї марки має велику чутливість до змінення структурного стану металу оброблених заготівок. Встановлено, що інструмент з матеріалом ріжучої частини Т5К10 має більшу стійкість до структурної зміни металу оброблених заготівок, внаслідок впливу на них різних видів термічної обробки.

На величину параметрів шорсткості оброблених поверхонь суттєвий вплив має структурний стан досліджуваної сталі та марка ріжучого інструмента. У зразках з перлітною структурою після відпалу найбільші параметри шорсткості досягаються при швидкості V = 50 м/хв (обробка пластинами Т15К6). Після нормалізації, при структурі сорбітообразного перліту, величина параметрів шорсткості зменшується, при цьому спостерігається зміщення критичної швидкості різання у сторону менших величин. Найбільш оптимальною маркою інструментального матеріалу, з точки зору отримання більш низьких параметрів шорсткості, є двокарбідний сплав Т15К6 (рис. 4). У зразках з структурою сорбітообразного перліту найбільша висота нерівностей досягається при більш низьких швидкостях різання.

Експериментально встановлено, що з ростом подачі шорсткість поверхні зростає, при цьому слід відзначити суттєвий вплив марки інструментального матеріалу на якість обробки (рис. 5). Найбільш оптимальними ріжучими інструментами, з точки зору досягнення мінімальних параметрів шорсткості, при різанні на підвищених подачах є інструменти з матеріалом ріжучої частини ВК6ОМ та Т15К6.

Досліджено вплив термічної обробки на оброблюваність різанням. Встановлено, що більший вплив має нормалізація, менший - відпал. Показано, що це повязано з отриманням більш дрібнозернистої структури металу у результаті подвійного переплаву в порівнянні з металом, отриманим методом електрошлакового переплаву, та підвищенням фізико-механічних властивостей сталі після нормалізації з відпуском.

Розроблено програмне забезпечення для моделювання на ПЕОМ конусообразність валу, повязаної з розмірним зносом та визначенням області припустимих подач у залежності від заданого критерію точності - конусообразності валу при токарній обробці з врахуванням визначення шляху різання і загального строку роботи різців.

Аналіз результатів моделювання конусообразності з врахуванням параметрів шорсткості обробленої поверхні дозволяє вибрати найкращий інструмент, котрий гарантує отримання потрібних показників якості і точності обробки.

Показано, що обробка отворів свердлильною головкою запропонованою конструкцією збільшує точність вісі отвору у 2 рази у порівнянні з заводською конструкцією. Відсутність поперечної ріжучої кромки знижує осьову силу різання, що має позитивний вплив на стійкість ріжучих пластин.

Отримані порівняння ліній регресії при свердленні отворів діаметром 90 мм:

- залежність параметрів шорсткості поверхні від подачі ;

- залежність похибок форми отворів у продольному перетині від подачі ;

- залежність відводу вісі отвору від подачі ;

- залежність розбивки отвору від подачі .

Запропонована конструкція токарного прохідного різця має достатню міцність при виконанні напівчистових та чистових операцій у різноманітних режимах різання. Регульований передній кут дозволяє використовувати запропоновану конструкцію різця при обробці різноманітних матеріалів, що є суттєвим фактором, який визначає можливість його використання у виробництві. На конструкції ріжучих інструментів Держпатентом України прийнято рішення про видачу патентів на винахід.

У пятому розділі подано аналіз економічної ефективності впровадження результатів розробок на ЗАТ Новокраматорський машинобудівний завод та АТ Дніпроважмаш. Річний економічний ефект від впровадження вказаних розробок в умовах ЗАТ НКМЗ та АТ Дніпроважмаш складає 12 480 гривен.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

Розроблено комплекс технологічного забезпечення якості та продуктивності процесів різання на основі визначення оптимальних умов обробки легованих сталей з підвищеними характеристиками міцності, який дозволяє підвищити ефективність виготовлення деталей відповідального призначення.

У результаті виконаних досліджень встановлено наступне:

1.Подвійний переплав та прямий електрошлаковий переплав, з наступними багатоступінчастими термічними обробками, дозволяють підвищити міцність заготівок з хромонікелемолібденових сталей на 25 28 % (_в = 1550 МПа, що відповідає високоміцній сталі) без змінення хімічного складу базових елементів.

2.Комплексна методика дослідження оброблюваності та оптимізації процесу різання дозволяє визначити оптимальні режими механообробки сталі 38ХН3МФА з врахуванням фізико-механічних властивостей, методу отримання заготівки та виду термічної обробки.

3.Швидкість різання при обробці сталі 38ХН3МФА з врахуванням твердості, міцності, пластичних характеристик, а також методу отримання початкового металу заготівки та виду наступної термічної обробки може бути описана за допомогою лінійних регресійних рівнянь. Запропонований коефіцієнт фізико-механічних властивостей враховує змінення характеристик пластичності та міцності досліджуваної сталі у формулі для розрахунку швидкості різання.

4.Механообробка сталі 38ХН3МФА, отриманої методом подвійного переплаву, характеризується зниженням зносостійкості ріжучих інструментів на 7 12 % у порівнянні зі сталлю, отриманою методом електрошлакового переплаву. Підвищення фізико-механічних властивостей сталі після нормалізації з відпуском приводить до зниження зносостійкості ріжучих інструментів у 1,4 2,1 рази у порівнянні зі сталлю після відпалу.

5.Розроблено методики, алгоритми та програмні файли для моделювання на ПЕОМ похибок обробки деталей типу валів у середовищі сучасних пакетів прикладних програм, які дозволяють виявити резерв підвищення продуктивності обробки сталі з врахуванням комплексу фізико-механічних властивостей.

6. Розроблено конструкції ріжучих інструментів: свердлильної головки, яка дозволяє знизити відвод отвору у 2 рази у порівнянні з базовою конструкцією, та токарного прохідного різця з регульованим кутом різання. Розроблений комплекс технологічних рішень забезпечує економію ріжучого інструмента при обробці різанням хромонікелемолібденових сталей на 15 18 %, при цьому поліпшується якість обробленої поверхні за показниками шорсткості Ra та розмірної точності на 10 15 % без введення додаткових операцій механообробки.

7. Річний економічний ефект від впровадження вказаних розробок в умовах ЗАТ НКМЗ та АТ Дніпроважмаш складає 12 480 гривень.

Основні положеняя дисертації опубліковані у наступних роботах:

1.Паршин Ю.И. Моделирование процессов обеспечения точности токарной обработки с учетом допускаемых сил резания, характера закрепления детали и жесткости технологической системы // Вісті Академії інженерних наук України. - 1997. - №1. - С. 41-44.

2.Проволоцкий А.Е., Паршин Ю.И. Комплексные исследования обрабатываемости материалов // Наукові праці Національного технічного університету України (КПИ) Прогресивна техніка і технологія машинобудування, приладобудування і зварювального виробництва- Том 1. - К.: НТУУ (КПИ). - 1998. - С. 309-312.

3.Проволоцкий А.Е., Паршина Е.А., Паршин Ю.И. Оптимизация технологических процессов резания труднообрабатываемых материалов // Вісті Академії інженерних наук України. - 1998. - №2. - С. 11-28.

4.Проволоцкий А.Е., Паршина Е.А., Паршин Ю.И. Исследование сложноорганизованной системы процесса резания хромоникелемолибденовых сталей // Вісті Академії інженерних наук України. - 1999. - №3. - С. 9-18.

5.Паршин Ю.И., Вишняков А.П. Исследование процессов механообработки легированных сталей с высокой категорией прочности // Вісті Академії інженерних наук України. - 1999. - №4.- С. 39-49.

6. Проволоцкий А.Е., Паршин Ю.И. Перспективные технологии изготовления изделий из хромоникелемолибденовых сталей // Труды Междунар. конф. Машиностроение и техносфера на рубеже века - Донецк: ДонГТУ. - 1999. - С. 293 - 296.

7.Паршина Е.А., Паршин Ю.И. Проблемы освоения технологии изготовления деталей из труднообрабатываемых материалов // Современные технологии в тяжелом и транспортном машиностроении. - Днепропетровск: ВПОП “Днепро”. - 1995. - С.206-213.

8.Проволоцкий А.Е., Паршина Е.А., Паршин Ю.И., Дудник М.И. Прогресивные технологии изготовления деталей ответственного назначения // Новые разработки в машиностроительном производстве.- Днепропетровск: АТ “Днепротяжмаш”. - 1996. - С. 26 - 34.

9. Паршина Е.А., Паршин Ю.И. Определение режимов резания с учетом динамических явлений в технологической системе и заданной точности обработки // Труды Междунар. конф. Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем - Краматорск: ДГМА. - 1995. - С. 62 - 63.

10. Паршина Е.А., Паршин Ю.И. Моделирование процессов механообработки с учетом динамических явлений в технологической системе и заданной точности // Новые разработки в машиностроительном производстве. - Днепропетровск: АТ “Днепротяжмаш”. - 1996. - С. 34 - 38.

11. Проволоцкий А.Е., Паршина Е.А., Паршин Ю.И., Оксамытный Н.С. Исследование обрабатываемости деталей из стали 38ХН3МФА с учетом структурного состояния и метода получения исходного металла // Вісті Академії інженерних наук України. - 1997. - №1. - С. 33-40.

12. Проволоцький О.Є., Паршин Ю.І., Паршина О.А., Оксамитний М.С. Токарний різець. Рішення Госпатенту України від 17.09.99 р. про видачу патенту на винахід за заявкою № 99042276 від 22.04.1999 р. МПК 6 В23. В27/00.

13. Проволоцький О.Є., Паршин Ю.І., Паршина О.А., Оксамитний М.С. Свердлильна головка. Рішення Госпатенту України від 01.11.99 р. про видачу патенту на винахід за заявкою № 99042304 від 23.04.1999 р. МПК 6 В23. В41/00.

У роботах здобувачем виконано наступне: 2 - розроблено комплексну методику дослідження оброблюваності матеріалів з підвищеними характеристиками міцності; 3 - розроблено методику оптимізації процесу різання, методику визначення коефіцієнтів запасу точності та проведено експериментальні дослідження точності обробки на ПЕОМ; 4 - виконано дослідження оброблюваності хромонікелемолібденових сталей та визначено ступінь впливу технологічних факторів на якісні показники механообробки; 5 - запропоновано використовувати порівняльні показники оброблюваності для оцінки впливу методу отримання металу та виду термічної обробки на явища оброблюваності; 6 - обгрунтовано перспективу поширення використання легованих сталей; 7 - розроблено картки оброблюваності деталей з хромонікелемолібденових сталей та модель пошуку рішень при освоєнні технології виготовлення деталей з важкооброблюваних матеріалів; 8 - запропоновано методику виробничих досліджень та логічну схему прийняття рішень при розробці технології виготовлення особливо відповідальних деталей машинобудівного комплексу; 9 - обгрунтовано вибір режимів різання з врахуванням динамічних явищ; 10 - розроблено методику визначення оптимальних технологічних умов обробки деталей типу валів із врахуванням похибок, які виникають внаслідок деформації технологічної системи; 11 - проведено експериментальні дослідження процесів механообробки виробів із сталі 38ХН3МФА; 12 - запропоновано компановку опорного ріжучого блоку токарного різця; 13 - запропоновано засіб кріплення ріжучих пластин.

АНОТАЦІЯ

Паршин Юрій Іванович. Підвищення ефективності механічної обробки виробів із сталей типу 38ХН3МФА з підвищеними характеристиками міцності. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 - процеси механічної обробки, верстати та інструменти. - Донецький державний технічний університет, Донецьк, 2000.

У дисертаціі викладені результати теоретичних та експериментальних досліджень процесів механообробки легованих сталей з підвищеними характеристиками міцності. Вивчені особливості оброблюваності з врахуванням структурного стану початкового металу, методу його отримання та виду наступної термічної обробки. Виявлені закономірності впливу основних факторів процесу різання на показники якості деталей відповідального призначення, що дозволило удосконалити процеси механообробки легованих сталей з підвищеними характеристиками міцності.

Ключові слова: процес різання, оброблюваність хромонікелемолібденових сталей, зносостійкість ріжучих інструментів, якість та точність процесу механообробки.

АННОТАЦИЯ

Паршин Юрий Иванович. Повышение эффективности механической обработки изделий из сталей типа 38ХН3МФА с повышенными прочностными характеристиками. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 - процессы механической обработки, станки и инструменты. - Донецкий государственный технический университет, Донецк, 2000.

В диссертации изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований процессов механообработки легированных сталей с повышенными прочностными характеристиками. Изучены особенности обрабатываемости с учетом структурного состояния исходного металла, метода его получения и вида термической обработки. Выявлены закономерности влияния основных факторов процесса резания на показатели качества деталей ответственного назначения, что позволило усовершенствовать процессы механообработки легированных сталей с повышенными прочностными характеристиками.

Качество материала для получения изделий должно характеризоваться не только _в, но и величинами относительного сужения , ударной вязкостью и твердостью НВ. В связи с этим было выдвинуто научное положение о влиянии этих факторов на скорость резания. Это влияние было предложено учитывать с помощью соответствующих коэффициентов, в предположении о прямопропорциональном влиянии _ф и _ф. Для учета комплекса физико-механических свойств, предложено в формулу для расчета скорости резания ввести соответствующие коэффициенты предела прочности К, относительного сужения K и ударной вязкости K. Скорость резания при обработке стали 38ХН3МФА описывается с помощью линейных уравнений регрессии с учетом твердости, прочности, пластических характеристик, а также метода получения исходного металла заготовки и вида термической обработки. Определены технологические ограничения, налагаемые на режимы резания процесса механической обработки, учитывающие заданные показатели качества и точности обрабатываемых поверхностей.

Разработана методика определения граничных областей изменения режимов механообработки хромоникелемолибденовых сталей с учетом особенностей обрабатываемости резанием и допускаемых погрешностей обработки вследствие деформации системы СПИД. Условие оптимальности процесса механообработки учитывает особенности обрабатываемости резанием, заданные показатели качества и точности обрабатываемых деталей, изготовленных из хромоникелемолибденовых сталей с повышенными прочностными характеристиками.

Для анализа процесса механообработки изделий из сталей типа 38ХН3МФА различными инструментальными материалами предложено использовать сравнительные показатели обрабатываемости по износу режущего инструмента и продолжительности резания до заданного критерия затупления, учитывающие метод получения исходного металла и вид термической обработки.

На основе предложенного подхода к исследованию процесса резания хромоникелемолибденовых сталей раскрыты особенности процесса механообработки материалов с высокими физико-механическими свойствами и определена степень влияния технологических факторов на качественные показатели обработки сталей типа 38ХН3МФА. Установлено, что обрабатываемость стали 38ХН3МФА в значительной степени зависит от метода получения исходной заготовки, химического состава и термической обработки. Повышение содержания легирующих элементов, увеличение концентрации карбидов и неравномерность их распределения в металле ухудшает обрабатываемость резанием. Обрабатываемость стали, полученной методом двойного переплава характеризуется снижением износостойкости режущих инструментов на 7 - 12 % по сравнению со сталью, полученной методом ЭШП. Повышение физико-механических свойств стали после нормализации с отпуском приводит к снижению износостойкости режущих инструментов в 1,4 - 2,1 раза по сравнению со сталью после отжига.

Разработано инструментальное обеспечение для токарных операций. Конструкция сверлильной головки для глубокого сверления позволяет повысить точность отверстий на 15 % по сравнению с заводской. Особенность конструкции токарного проходного резца для чистовых и получистовых операций заключается в возможности регулирования переднего угла резания.

Основные результаты работы использованы в промышленности для изготовления изделий ответственного назначения.

Ключевые слова: процесс резания, обрабатываемость хромоникелемолибденовых сталей, износостойкость режущих инструментов, качество и точность процесса механообработки.

SUMMARY

Parshin Yuri Ivanovich. The increase of efficiency while mechanical processing of steel articles 38ХН3МФА having characteristics of high reliability. - a Manuscript.

Dissertation for a higher university degree of master of Technology on the speciality 05.03.01 - Mechanical processing, machines and tools. - Donetsk State Technical University, 2000.

The dissertation is concerning the results of theoretical and experimental investigations of mechanical processing of alloy steel articles with characteristics of high reliability.

The perculiarities of the processability have been under the control and the structural state of the initial metal taken into consideration as well as the method of its getting and the type of the following thermal processing.

The conformity of the influence of the main factors of cutting processing of the quality indices of some special details have been revealed that has led to the modernication of the mechanical processing of alloy steel articles having characteristics of high reliability.

Key words: cutting process, processability of alloy steels, wearability of cutting tools, quality and precision of mechanical processing.

Размещено на Allbest.ru

...