Підвищення якості поверхонь деталей, виготовлених і відновлених комплексним методом

15

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тернопільський Національний технічний університет імені Івана Пулюя

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.02.08 - технологія машинобудування

Підвищення якості поверхонь деталей,

виготовлених і відновлених комплексним методом

Стецько Андрій Євгенович

Тернопіль - 2011

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі технології матеріалів та поліграфічного машинобудування Української академії друкарства (м. Львів) Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Науковий керівник: Заслужений діяч науки і техніки України,

доктор технічних наук, професор

Голубець Володимир Михайлович,

Національний лісотехнічний університет України (м. Львів),

завідувач кафедри технології матеріалів та інженерної графіки

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Пилипець Михайло Ількович,

Тернопільський національний

технічний університет імені Івана Пулюя,

завідувач кафедри комп'ютерних технологій в машинобудуванні

доктор технічних наук, професор

Савуляк Валерій Іванович,

Вінницький національний технічний університет,

завідувач кафедри технології підвищення зносостійкості

Захист відбудеться «10» червня 2011 р. о 14⁰⁰ год. на засіданні спеціалізованої вченої ради К58.052.03 Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Тернопільського національного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

Автореферат розісланий « » травня 2011 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради к. т. н. Дячун А.Є.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищення надійності, довговічності та конкурентоздатності машин і обладнання є одним із важливих завдань машинобудування. Огляд спеціальної літератури свідчить, що близько 80 відсотків несправностей у роботі машин, агрегатів і механізмів відбувається в результаті зношення та руйнування поверхонь тертя деталей машин. Роботоздатність спряжених поверхонь деталей залежить від сукупності факторів: геометричних показників поверхні, будови і фізико-механічного стану поверхневого шару металу, залишкових напружень тощо. Забезпечити врахування цих факторів можливо лише в технологічному процесі виготовлення і відновлення деталей, який враховує технологічну спадковість складових операцій для отримання необхідних характеристик.

Широке застосування для підвищення зносостійкості під час виготовлення або відновлення деталей отримали методи нанесення на робочі поверхні різних покриттів, в тому числі композитних з досить твердими включеннями значної крихкості та малої товщини, що вимагає корегування структури покриттів та параметрів технологічного процесу їх нанесення. Такі методи є складними і дорогими, вимагають спеціального вартісного обладнання, висококваліфікованого персоналу.

Формування якісних та кількісних характеристик (точності, шорсткості та інших) композитного поверхневого шару деталі на фінішній операції механічної обробки вимагає розрахунку та обґрунтування вибору елементів режиму різання, різального інструмента, верстатного устаткування.

Таким чином, у процесі виготовлення та відновлення деталей, що працюють в умовах тертя та зношування, слід дотримуватись комплексного підходу до технологічного забезпечення якості поверхневозміцненого шару, маючи на увазі з одного боку створення відновлюваних композитних покриттів з незначною крихкістю, достатньою для ремонтопридатності товщиною, твердістю, зі здатністю релаксувати напруження, що накопичуються, а з другого - забезпечення показників якості поверхні після механічної обробки.

Тому дослідження в межах означених завдань і, зокрема, створення технологічного методу хімічної обробки і наступного дифузійного хромування та формування показників якості поверхні методом лезової обробки є актуальними і має важливе значення.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана згідно з планом наукових досліджень кафедри технології матеріалів та поліграфічного машинобудування Української академії друкарства у рамках бюджетної науково-дослідної теми Б553-98 “Дослідження структури і властивостей поверхневих шарів на вуглецевих сталях після комбінованої зміцнюючої обробки”, номер Державної реєстрації 0198U002982, терміни виконання - 02.01.1998 р. - 31.12.2000 р.

Дисертаційна робота пов'язана з Програмою Кабінету Міністрів «Україна 2010» (проект 4 «Технологічне та технічне оновлення виробництва»).

Мета та завдання досліджень: Мета роботи - розробити комплексний технологічний метод формування якості робочих поверхонь деталей типу тіл обертання в процесі їх виготовлення і відновлення для підвищення ресурсу їх експлуатації.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

-проаналізувати вимоги до параметрів робочих поверхонь деталей пар тертя, що виникають в процесі їх експлуатації;

-обґрунтувати доцільність використання спрацьованих деталей пар тертя в якості заготовок;

-розробити ефективну технологію зміцнення робочих поверхонь деталей машин в процесі їх виготовлення і відновлення для підвищення їхнього ресурсу експлуатації;

-встановити механізм формування зміцнених шарів комплексним методом хімічної обробки і дифузійного хромування та забезпечення показників якості робочих поверхонь деталей пар тертя для посадок з'єднання;

-розробити оптимізаційну модель для проектування технологічного процесу забезпечення показників якості робочих поверхонь деталей пар тертя, які отримані методом комплексної обробки з врахуванням умов їх експлуатації;

-узагальнити результати досліджень, розробити практичні рекомендації щодо використання результатів досліджень для виготовлення і відновлення деталей пар тертя;

-розробити інженерний метод розрахунку режимів різання фінішної механічної обробки деталей, виготовлених і відновлених комплексним методом.

Об'єкт дослідження - технологічний процес виготовлення і відновлення деталей типу тіл обертання зі зміцненням їх робочих поверхонь методом хімічної обробки і дифузійного хромування.

Предмет дослідження - зміцнення робочих поверхонь деталей типу тіл обертання хімічною обробкою і дифузійним хромуванням та технологічне забезпечення показників якості наступною механічною обробкою.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження базувалися на основних положеннях технології машинобудування, математичної статистики, теорії графів, методів оптимізації тощо. Експериментальні дослідження виконувалися з використанням сучасних методик математичного планування експерименту на верстатах 1А616П та 3Б-151. Встановлення якісних та кількісних показників відновлених зміцнених поверхневих шарів після виготовлення і відновлення комплексним методом проводилось на основі топографічного, рентгеноспектрального і рентґенофазового аналізів. Результати експериментальних досліджень одержано за допомогою спеціально розробленого оснащення з використанням сучасних засобів та методів вимірювання.

Наукова новизна одержаних результатів:

1. Дістало подальший розвиток теоретичне обґрунтування складових профілю шорсткості залежно від елементів режиму різання на топографію обробленої поверхні, кінцева шорсткість якої складає Ra менше 2 мкм.

2. Вперше розроблено комплексний метод поверхневого зміцнення, який за допомогою нових рецептур хімічного покриття та ізотермічної витримки при дифузійному хромуванні дозволяє багатократне відновлення спрацьованих деталей завдяки формуванню зовнішньої робочої композитної зони товщиною до 250 мкм.

3. Вперше розроблена оптимізаційна математична модель технологічного процесу виготовлення і відновлення деталей машин та виведені рівняння регресії для розрахунку шорсткості і точності робочих поверхонь пар тертя, отриманих комплексним методом.

4. Розроблено каскадний граф визначення оптимального технологічного процесу комплексного методу виготовлення деталей типу тіл обертання із врахуванням можливостей технологічних методів забезпечення якісних параметрів оброблених поверхонь.

Практичне значення одержаних результатів:

-запропоновано технологію виготовлення і відновлення деталей машин комплексним методом хімічної обробки і дифузійного хромування; технічну новизну розробок захищено 4 деклараційними патентами України на винаходи, 1 патентом України на винахід, 1 патентом України на корисну модель.

-експериментально підтверджено вплив режимів різання на формування шорсткості та точності відновленої поверхні після механічної обробки;

-розроблено практичні рекомендації для виготовлення і відновлення натурних деталей машин комплексною обробкою.

Використання запропонованих у роботі математичних залежностей, оптимізаційної моделі та методики з програмно реалізованими алгоритмами дає можливість на етапі технологічної підготовки виробництва суттєво зменшити її цикл і визначати оптимальні режими різання для кінцевої операції механічної обробки зміцнених шарів. Отримані результати можуть бути впроваджені на машинобудівних підприємствах, а також у науково-дослідних та проектних організаціях в процесі запуску у виробництво нових видів машин.

Проведені промислові випробування зміцнених комплексною обробкою сталевих деталей швидкозношувального вузла розкрійної головки швейних машин на українсько-швейцарському підприємстві „Весна” (м.Львів), які підтвердили високу зносостійкість, низьку собівартість і рекомендовані для використання замість деталі із твердого сплаву.

На підприємстві „Кроно-Україна” (Львівська обл., м. Кам'янка-Бузька), проведено промислові випробування деталей „Притиск різця” багаторізцевої різальної машини МРГМ-50ГН, зміцнених комплексною обробкою. Встановлено, що ресурс зміцнених деталей порівняно із промисловими аналогами збільшився майже у 2 рази.

Розроблена та затверджена технологічна інструкція виготовлення штампів з нанесеним зміцнювальним покриттям для гарячого тиснення фольгою на друкованій продукції.

Польською фірмою «OЊRODEK NARCIARSKI Kotelnics Biaіczaсska Sp. z o.o.», придбано ліцензію на використання технології комплексної хімічної обробки і дифузійного хромування (патент України № 77102, автори: Стецько А.Є., Манько О.В.).

Окремі результати впроваджено в навчальний процес при викладанні дисциплін «Технологічні основи машинобудування», «Ремонт поліграфічного устаткування», «Технологія зміцнення деталей машин», які вивчають студенти спеціальностей 7.090202, 8.090202 «Технологія машинобудування» на кафедрі «Технології матеріалів та поліграфічного машинобудування» Української академії друкарства.

Особистий внесок здобувача. Основні результати експериментальних та теоретичних досліджень отримані дисертантом самостійно. Розробка методик досліджень, аналіз і узагальнення одержаних результатів, формулювання основних узагальнювальних положень роботи виконано автором особисто. Постановка завдань та обговорення результатів проводилися разом із науковим керівником і, частково, із співавторами наукових публікацій. У роботах [1-7], [9-15] автором розроблено теоретичні передумови створення комплексного методу виготовлення і відновлення деталей машин, вплив складових елементів та режимів обробки на формування якості поверхні. У роботі [8] автор встановив технологічну послідовність обробки деталей машин комплексним методом. Наукова новизна захищена патентами [16-21].

Апробація результатів дисертації. Основні результати наукових досліджень, що містяться в дисертації, доповідались та обговорювались на науково-технічних конференціях Української академії друкарства (Львів, 1997-2010); Міжнародній науково-технічній конференції «Зносостійкість і надійність вузлів тертя машин» (Хмельницький, 2000р.); Міжнародній науково-технічній конференції „Зносостійкість і надійність вузлів тертя машин (ЗНМ-2003)”, (Очаків, 2003); 4-му, 7-му, 8-му, 9-му Міжнародних симпозіумах українських інженерів-механіків у Львові (Львів, 1999-2009); науково-технічній конференції НЛТУ (Львів, 2008); 9-й Всеукраїнській науково-технічній конференції «Машинобудування України очима молодих» (Запоріжжя, 2009); XXII Міжнародній інноваційно-орієнтованій конференції молодих учених і студентів з проблем машинознавства «Майбутнє машинознавства Росії», Інститут машинознавства ім. А.А. Благонравова РАН (Москва, 2010 року). У повному обсязі дисертаційна робота доповідалася на розширеному семінарі в Українській академії друкарства (Львів, 20 жовтня 2010) та Тернопільському Національному технологічному університеті імені Івана Пулюя, (Тернопіль, 2011), де отримала позитивні відгуки.

Публікації. Результати дисертаційної роботи висвітлено в 21 публікації, із них 9 - у наукових фахових виданнях України (одна одноосібна), 1 - патент України на винахід, 1 - патент України на корисну модель, 4 - деклараційних патенти України на винахід, 6 - у тезах Всеукраїнської науково-технічної конференції і у тезах міжнародних симпозіумів.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, п'ятьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг дисертації - 233 сторінки, в тому числі 51 рисунок, 45 таблиць, список використаних літературних джерел із 178 найменувань, 7 додатків. Обсяг основного тексту дисертації - 175 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі подано загальну характеристику роботи, обґрунтовано актуальність теми дисертаційного дослідження, визначено мету та завдання роботи, викладено наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі проведено аналіз та узагальнення відомих наукових напрацювань і проблемних питань із застосування комплексних методів для виготовлення і відновлення деталей машин, обґрунтовано доцільність проведення досліджень та перспективність виготовлення та відновлення деталей машин даними методами. Основна мета роботи - підвищення якості поверхонь деталей, виготовлених і відновлених комплексним методом.

Дослідженнями процесів виготовлення та відновлення деталей машин комплексними методами з метою отримання композитних зміцнених поверхневих шарів, а також фінішною обробкою таких поверхонь займались Кудінов В.В., Лучка М.В., Плескачевський Ю.М., Голубець В.М., Пашечко М.І., Новіцький В.Г., Овчинніков Е.В., Ляхович Л.С., Пантелеєнко Ф.І., Похмурський В.І., Sivaprahasam D., Клименко С.А., Муковоз Ю.А., Мановицкий А.С., Мельнійчук Ю.А., Беззубенко Н.К., Грабченко А.І., Лурье Г.Б., Новіков Ф.В., Худобин В.Л., Шахбазов Я.О., Ящеріцин П.І., S.K. Jha, Федорович В.А., Кальченко В.В. та інші.

Проведено патентний пошук комплексних методів виготовлення та відновлення деталей машин та їхньої фінішної обробки. На основі проведеного аналізу визначено наукові підходи та напрямки досліджень як вихідні дані для вирішення поставлених в роботі завдань.

У другому розділі описано комплексний метод хімічної обробки і дифузійного хромування, розроблена графова модель технологічного процесу виготовлення деталей типу тіл обертання, а також теоретичні розрахунки з визначення шорсткості відновленої поверхні.

Наведено суть комплексного методу хімічної обробки і дифузійного хромування для виготовлення і відновлення деталей машин, який полягає у нанесенні Ni-Co-P хімічного покриття з розчинів різних рецептур та дифузійному хромуванні, включаючи ізотермічну витримку (захищено патентами №38153А, 47261А, 47783А, 56472А, 77102, 39738). Використання розробленого методу обробки приводить до утворення зміцненого поверхневого шару, що складається з 4-ох зон (рис.1). Саме композитна будова зовнішньої робочої зони дозволяє значно підвищити ресурс роботи.

Рис. 1. Зміцнений шар, отриманий комплексним методом на конструкційній сталі: 1 - композитна зона; 2 - зона твердого розчину хрому в б-залізі; 3 - евтектоїдна зона; 4 - зневуглецьована зона

Для визначення оптимального технологічного процесу побудовані каскадні графи виготовлення деталей комплексним методом хімічної обробки і дифузійного хромування, де враховано можливі варіанти обробки робочих поверхонь деталей машин.

Теоретично обґрунтовано вплив елементів режиму різання на топографію відновленої поверхні. Методичне проведення розрахунків з використанням певних гіпотез полягали в такому. На першому етапі нами проаналізовано та використано математичні доведення і формули відомих вчених стосовно визначення шорсткості поверхневого шару після певних видів механічної обробки. Далі за прийнятими методами розрахунків проведено теоретичне обґрунтування та побудовано графічні залежності складових профілю шорсткості від різних технологічних факторів для випадку обробки зміцненого поверхневого шару розробленим комплексним методом хімічного осадження Ni-Co-P покриття і подальшого дифузійного хромування.

В основу теоретичних розрахунків покладено рівняння А.Г. Суслова, за яким визначається висота профілю шорсткості поверхні, мкм:

Rz = h₁ + h₂ + h₃ + h₄, (1)

де h₁, h₂, h₃, h₄ - відповідно, складові профілю шорсткості, зумовлені: формою інструмента і кінематикою його переміщення, коливанням інструмента, деформаціями матеріалу в зоні контакту з інструментом, шорсткістю робочої частини інструмента.

Для тонкого точіння і розрахунків складової h₁, використано формулу П.І. Ящеріцина, яка враховує зменшення розмірів перерізу зрізуваного шару і механічні властивості оброблювального матеріалу, в мм

, (2)

де s - подача, мм/об.; r - радіус вершини різця, мм; а_min - мінімальна товщина зрізу, мкм. Складова шорсткості h₁, що формується формою інструмента і кінематикою його переміщення показує, що чим більша подача s і менший радіус при вершині різця r, тим більша висота нерівностей, що підтверджується отриманими нами залежностями (рис. 2) для випадку обробки зміцненого поверхневого шару після комплексної обробки.

Складова шорсткості h₂, що зумовлена формою інструмента і кінематикою його переміщення, мм

, (3)

де с_у, х_рy, у_рy, z_py, n - емпіричні коефіцієнти; t - глибина різання, мм; v - швидкість різання, м/хв.; Rz_вих - вихідна висота нерівностей профілю шорсткості, мкм; j_верст, j_інстр, j_заг - жорсткість верстату, інструмента та заготовки, кН/мм; л - частота власних коливань, Гц; щ - частота збуджуючої сили, Гц; Т_h - постійна часу демпфування, с.; u₁, u₂ - коефіцієнти нестабільності твердості оброблюваного матеріалу (відношення відповідно максимальної НВ_max і середньої НВ_сер до мінімальної НВ_min твердостей матеріалу, в МПа):

, . (4)

Залежності зміни режимів складової профілю шорсткості h₂, показують (рис. 3), що зі зростанням поздовжньої подачі її величина монотонно зростає.

15

Размещено на http://www.allbest.ru/

15

Размещено на http://www.allbest.ru/

15

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пластичні деформації оброблювального матеріалу в зоні різання, згідно А.Г. Суслова призводять до збільшення висоти шорсткості на величину h₃, в мм

, (5)

де ц₁ - допоміжний кут в плані, град; ф_о - вихідна міцність на зсув оброблювального матеріалу, МПа; у_Т - границя текучості оброблюваного матеріалу, МПа. Із отриманих нами залежностей (рис. 4) складової шорсткості h₃, що викликана деформацією матеріалу в зоні контакту з інструментом, випливає, що при збільшенні подачі s і зменшенні радіуса при вершині різця r величина шорсткості деформації матеріалу в зоні контакту зростає.

Складова шорсткості h₄ визначається висотою нерівностей робочої поверхні інструмента.

15

Размещено на http://www.allbest.ru/

Із врахуванням закономірностей, представлених в роботі, нами отримано узагальнене рівняння для визначення шорсткості обробленої поверхні із врахуванням її складових у вигляді, в мм

(6)

де Rz_bp - висота нерівностей робочої частини інструмента, мм.

Теоретичні розрахунки та наведені нами залежності (рис. 5) показують, що мінімальну шорсткість механічної обробки обробленої поверхні деталей машин комплексним методом хімічної обробки і дифузійного хромування можна отримати при подачі s = 0,065 мм/об. і менше, глибині різання t = 0,05 мм та швидкості біля 200 м/хв.

При цьому слід забезпечувати радіус при вершині різця в межах 0,2…0,4 мм. При даних умовах шорсткість поверхні складатиме Rz менше 10 мкм, або Ra менше 2 мкм.

Таким чином, проведені нами теоретичні розрахунки складових шорсткості дозволили отримати раціональні режими і параметри геометрії інструмента для обробки відновлених поверхонь комплексним методом, що дозволяє констатувати про забезпечення шорсткості обробленої поверхні Rz<10 мкм або Ra < 2 мкм.

15

Размещено на http://www.allbest.ru/

Отримані залежності (рис. 5) показують невелике, порівняно із зміною подачі, збільшення шорсткості при збільшенні глибини різання у два рази (із 0,05 мм до 0,1 мм), яку можна рекомендувати для збільшення продуктивності різання.

Геометричні параметри зміцненого шару, отриманого після комплексного методу, дозволяють застосовувати метод ремонтних розмірів для відновлення зношених поверхонь і використовувати в якості заготовок зношену деталь, що спрощує технологічний процес відновлення, скорочує його час і знижує затрати на експлуатацію деталей.

У третьому розділі наведено програму та методику проведення експериментальних досліджень, представлено конструкцію експериментальних та натурних зразків, виготовлених із сталей 15, 20, 45, У7, У8, У10 і 40Х, хімічний склад і фізико-механічні властивості матеріалу зразків, наведено методи дослідження структури і фізико-механічного стану поверхневого шару металу.

Для проведення експериментальних досліджень процесу механічної обробки поверхонь деталей машин обрано токарно-гвинторізний верстат моделі 1А616П (рис. 6), а для проведення шліфування - круглошліфувальний верстат мод. 3Б-151. Згідно рекомендацій док. тех. наук С.А. Клименка застосовували токарний різець з різальною частиною, оснащеною надтвердою пластиною з кубічного нітриду бору з параметрами: г=-5; б=15°; б₁=15°; ц=30°; ц₁=20°; л=0°. Для шліфування використано шліфувальний круг: ПП350Ч40Ч127 24А 16 С1 К5.

Металографічний аналіз і вимірювання шорсткості проводили у Фізико-механічному інституті ім. Г.В. Карпенка НАН України відповідно на горизонтальному металографічному мікроскопі МИМ?8М і профілометрі-профілографі моделі 201 заводу «Калібр». Обробку даних проводили в середовищі OriginLab (OriginPro 8). Рентґеноспектральний аналіз здійснювали на електронно-зондовому рентґено-спектральному мікроаналізаторі “Comebax” французької фірми “Cameka”; фазовий склад поверхні композитної зони виявляли методом фазового аналізу. Дифрактограми отримані на дифрактометрі ДРОН-3 у НВП «Кристал».

15

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дослідження довговічності деталей провели на багатопозиційному стенді реверсивного руху ИС-11.

Проведено планування та методику математичної обробки результатів досліджень якості поверхонь фінішної механічної обробки деталей, виготовлених комплексним методом.

У четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень із встановлення технологічних умов для керування показниками якості зміцненого поверхневого шару при різних умовах експлуатації деталей машин, а також вплив раціональних режимів фінішної механічної обробки на геометричні параметри (шорсткість і приріст товщини) обробленої поверхні.

Досліджено вплив складу хімічного Ni-Co-Р розчину на процес формування композитної зони. Встановлено, що вище 750єС спостерігається вплив температури на утворення рідко-металевої фази, яка сприяє формуванню первинної зони твердого розчину хрому в б-залізі, а потім і композитної зони більшої товщини. Зміна складу рецептур розчинів та реалізація режимів комплексного методу на конструкційних сталях дозволяє отримувати зміцнені шари різної морфології та твердості для підвищення якості робочих поверхонь деталей машин, що експлуатуються в різних умовах. поверхня заготовка зміцнення різання

Механічну обробку експериментальних зразків, зміцнених комплексним методом, провели за встановленими раціональними режимами (подача s = 0,065 мм/об; глибина різання t = 0,05 мм; швидкість різання 180 м/хв.), які забезпечили оптимальну шорсткість (рис. 7), що підтверджує теоретичні розрахунки впливу елементів режиму різання на формування якості обробленої поверхні.

Після реалізації комплексного методу виготовлення деталей машин, дійсний розмір заготовки зростає залежно від режимів обробки. Наприклад, для сталі 45 при 7 годинах дифузійного хромування при 1050°С та годинної ізотермічної витримки при 800°С за рецептурою хімічного покриття № 3 він складає 100 мкм, для У10 - 80 мкм.

15

Размещено на http://www.allbest.ru/

Порівняння залежностей шорсткості отриманої поверхні деталей (рис. 8), виготовлених комплексним методом після механічної обробки (при t = 0,05 мм, v = 180 об/хв) інструментом (крива 2) з кубічного нітриду бору (композит 10) і отриманими теоретичними залежностями (крива 1) показує розбіжність результатів в межах 10 - 15%, що підтверджує правильність теоретичних розробок.

15

Размещено на http://www.allbest.ru/

а б

Рис. 8. Вплив поздовжньої подачі на шорсткість оброблених поверхонь деталей (сталь 45), які виготовлені комплексним методом, фінішна механічна обробка яких проведена токарними різцями, оснащеними композитом 10 (кубічний нітрид бору) із радіусом при вершині різця r = 0,2 мм (а) та r = 0,4 мм (б) (параметри різця: г=-5°, б=15°, б₁=15°, ц=30°, ц₁=20°, л=0°)

Отримані рівняння регресії для встановлення впливу технологічних чинників на шорсткість Ra поверхонь і відхилення Д від заданої точності, виготовлених або відновлених комплексним методом при точінні деталей:

, (7)

; (8)

при шліфуванні деталей:

, (9)

, (10)

де t - глибина різання, мм; s - подача, мм/об.; r - радіус вершини різця, мм; v - швидкість різання, м/хв.; zr - зернистість шліфувального круга.

Проведено стендові дослідження довговічності деталей.

У п'ятому розділі розроблена оптимізаційна модель процесу фінішної обробки деталей тіл обертання, наведено результати промислових випробувань деталей, виготовлених комплексним методом хімічної обробки і дифузійного хромування.

Здійснено вибір технологічних чинників з метою забезпечення точності кінцевої механічної обробки деталей типу тіл обертання, в тому числі розроблено блок-схему алгоритму оптимізації технологічних чинників на фінішній операції механічної обробки деталей типу тіл обертання та програму оптимізаційної маршрутної технології з розрахунком технологічних чинників фінішної механічної обробки деталей типу тіл обертання, в тому числі ресурсу деталі.

Промислові випробування, проведені на спільному Українсько-швейцарському акціонерному товаристві «Весна» (м. Львів) деталей колінчастого вузла 1500- 600 розкрійної головки автоматизованого розкрійного комплексу INVESTCUT 3SSX фірми INVESTRONICA SYSTEMA S.A. показали доцільність застосування комплексного методу.

З метою оцінки застосування розробленого комплексного методу для плоских поверхонь деталей на підприємстві «Кроно-Україна» (Львівська обл., м.Кам'янка-Бузька) проведено промислові випробування деталі «Притиск різця» багаторізцевої різальної машини МРГМ-50ГН, які показали, що ресурс зміцненої за технологією комплексного методу деталі набуває ресурсу в 1,8 рази більшого від промислових аналогів.

Польською фірмою «OЊRODEK NARCIARSKI Kotelnics Biaіczaсska Sp. z o.o.» (34-405 Biaіka Tatrzaсska, ul. Њrodkowa 181B) придбано ліцензію (ліцензійна угода № 7/2009 з УАД від 21.10.2009р.) на використання технології комплексної хімічної обробки і дифузійного хромування (патент України №77102, автори Стецько А.Є., Манько О.В.).

Розроблена та затверджена технологічна інструкція виготовлення штампів з нанесеним зміцюючим покриттям для гарячого тиснення фольгою на друкованій продукції.

Проведено економічне обґрунтування варіантів виготовлення втулки колінчастого вузла 1500-600 розкрійної головки автоматизованого розкрійного комплексу INVESTCUT 3SSX фірми INVESTRONICA SYSTEMA S.A. і деталі «Притиск різця».

ВИСНОВКИ

1. На підставі узагальнення технологічних операцій і режимів осадження хімічного Ni-Co-P покриття і хромування, теоретичних підходів і експериментальної перевірки впливу елементів режиму різання на топографію зміцненої поверхні, умов і закономірностей формоутворення будови і фізико-механічних властивостей відновленого поверхневого зміцненого шару металу, оптимізації технологічних режимів фінішної обробки вирішено важливе науково-технічне завдання з підвищення якості робочих поверхонь деталей типу тіл обертання у процесі їх виготовлення та відновлення комплексним методом хімічної обробки і дифузійного насичення хромом. Основною метою роботи є підвищення якості поверхонь деталей, виготовлених і відновлених комплексним методом. Встановлено, що загальновідомими традиційними методами для зміцнення і відновлення пар тертя ковзання та збільшення ресурсу їхньої роботи отримують відновлюваний композитний шар з досить твердими включеннями значної крихкості і малої товщини. У більшості випадків ці методи є складними і дорогими та вимагають спеціального вартісного обладнання, висококваліфікованого персоналу.

2. Розроблено каскадні графи для вибору раціональних параметрів технологічного процесу виготовлення деталей комплексним методом, дістало подальший розвиток теоретичне обґрунтування впливу елементів режиму різання на формування якості зміцненої поверхні. Встановлено, що кінцева шорсткість обробленої поверхні суттєво залежить від складової форми інструмента та кінематики його переміщення, деформацій матеріалу в зоні контакту з інструментом, шорсткості робочої частини інструмента, і несуттєво залежить від коливань різального інструмента.

3. Вперше розроблена оптимізаційна математична модель процесу фінішної обробки деталей типу тіл обертання, виготовлених комплексним методом. Отримано рівняння регресії для встановлення впливу технологічних чинників на шорсткість і відхилення від заданої точності при точінні і шліфуванні деталей, які слугують основою інженерного розрахунку режимів різання фінішної механічної обробки.

4. Вперше розроблено технологію комплексного методу, запропоновано нові рецептури розчинів, що дозволяють отримувати необхідну будову композитної зони. Обґрунтовано їх вплив на осадження хімічного нікелькобальтфосфорного покриття, на будову зміцнених шарів із зовнішньою композитною зоною товщиною до 250 мкм і мікротвердістю до 15ГПа (захищені патентами № 38153А, 47261А, 47783А, 56472А, 77102, 39738), а також механізм формування композитних покриттів.

5. Проведено комплекс експериментальних досліджень з виготовленя деталей типу тіл обетання комплексним метоом. Результати теоретичних розрахунків підтверджені експериментальними дослідженнями. У процесі механічної обробки зміцненого композитного шару на токарному верстаті 1А616П встановлено раціональні режими механічної обробки для отримання шорсткості Ra<2мкм: поздовжню подачу s = 0,065 мм/об; глибину різання t = 0,05 мм; швидкість різання 150 - 200 м/хв. Розроблені маршрутні технології виготовлення і відновлення деталей комплексним методом, вибрано режими, обладнання та послідовність переходів. Дані технології дозволяють за рахунок отриманої товщини та будови зміцненого шару використовувати в якості заготовок деталі зі зношеними робочими поверхнями.

6. Розроблено технологічні рекомендації для механічної обробки поверхневого зміцненого шару із врахуванням його морфології і фізико-механічних властивостей, зокрема: лезову механічну обробку проводити різальними інструментами, оснащеними полікристалами надтвердими матеріалами, різальна частина яких виготовлена із матеріалу композит 10 (кубічний нітрид бору); характеристики верстатів для механічної обробки відновленого зміцненого шару (жорсткість токарних верстатів бути більшою за 22 кН/мм, а розточувальних - 14,5 кН/мм; амплітуда коливань верстату до 5 мкм, радіальне і осьове биття шпинделя менше 5-8 мкм для токарних і 3-5 мкм - для розточувальних верстатів). Розроблено комплекс інженерно-технічних рекомендацій для виробництва деталей типу тіл обертання комплексним методом.

7. Результати роботи застосування комплексного методу хімічної обробки і дифузійного хромування підтверджено дослідно-промисловою перевіркою втулки колінчастого вузла на АТ «Весна» (м,Львів), яка показала високу зносостійкість і можливість заміни твердого сплаву на конструкційну сталь (економія становить 105,6 грн./вузол на рік). Промислові випробування деталі «Притиск різця» багаторізцевої різальної машини МРГМ-50ГН на підприємстві „Кроно-Україна” (м.Кам'янка-Бузька Львівської області), ресурс якої за розробленою технологією комплексної обробки підвищився в 1,8 рази порівняно з існуючою технологією показали можливість застосування розробленого комплексного методу для виготовлення і відновлення плоских поверхонь деталей машин. Умовно-річна економія в розрахунку на один рік на одиницю устаткування (на вузол) становить 2294 грн./од.устаткув. на рік.

На використання патенту України № 77102 продано ліцензію в республіку Польща (ліцензійна угода №7/2009 з УАД від 21.10.2009р.).

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Стецько А.Є. Вплив зміни режимів при комбінованій зміцнюючій обробці мало- і середньовуглецевих сталей на будову зміцненого шару / О.П. Стецьків, О.В. Манько, А.Є. Стецько // Проблеми трибології. Міжнародний науковий журнал. - 2000. - №1 (13). - С. 100-102.

2. Стецько А.Є. Особливості формування дифузійного шару на високовуглецевій сталі У10 після комбінованої зміцнюючої обробки / О.П. Стецьків, О.В. Манько, А.Є. Стецько, П.Є. Гнатюк // Науковий вісник Українського державного лісотехнічного унівеситету. - 2001. - Випуск 11.4. - С. 158-166.

3. Стецько А.Є. Особливості формування дифузійного шару після хромування з попереднім нікелькобальтфосфорним хімічним покриттям / О. В. Манько, О.П. Стецьків, А.Є. Стецько, ПЄ. Гнатюк // Вісник Національного університету “Львівська політехніка”: Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні та приладобудуванні”. -2002. - №442. - С. 138-145.

4. Стецько А.Є. До питання розробки зміцнюючих покриттів на залізовуглецевих сплавах методом КЗО / О.В. Манько, О.П. Стецьків, А.Є. Стецько // Українська академія друкарства. Наукові записки. - Львів, 2002. - Випуск 5. - С. 3-8.

5. Стецько А.Є. До питання про вибір критерію оцінки ресурсу зносостійких шарів / О.В. Манько, О.П. Стецьків, А.Є. Стецько // Проблеми трибології. - Хмельницький, 2003. - №2. - С. 53-57.

6. Стецько А.Є. Дослідження впливу попереднього хімічного покриття (ХП) на процес формування композиційної зони при комбінованій зміцнюючій обробці (КЗО) / Манько О.В., Стецько А.Є. // Машинознавство. - Львів, 2005. - №3 - С. 37-41.

7. Стецько А.Є. Технологічне забезпечення якості поверхонь деталей машин відновлених методом хімічного оброблення і дифузійного хромування / В.М. Голубець, Я.О. Шахбазов, А.Є. Стецько // Машинознавство. - Львів, 2009. - №6. - С. 29-33.

8. Стецько А.Є. Відновлення деталей машин комплексним методом хімічної обробки і дифузійного хромування / В.М. Голубець, А.Є. Стецько // Наукові записки. - Львів, Українська академія друкарства. -2009. - Випуск 2(16). - С.41-49.

9. Стецько А.Є. Технологічне забезпечення формування якості поверхонь деталей машин в процесі їх виготовлення та відновлення / А.Є. Стецько // Сучасні технології в машинобудуванні [Текст]: зб. наук. праць. -Харків: НТУ «ХПІ» - 2010. - С56 Вип. 4. - С. 264-273.

10. Стецько А.Є. Комбінована зміцнююча обробка (КЗО) вуглецевих сталей з метою підвищення зносостійкості пар тертя в умовах тертя ковзання / О.П. Стецьків, О.В. Манько, А.Є. Стецько // 4-й Міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові, 19-21 травня 1999 р.: тези доповіді. - Львів, 1999. - С.134.

11. Стецько А.Є. Вплив хімічного покриття на структуру зміцненого шару при комбінованій зміцнюючій обробці / А.Є. Стецько, О.В. Манько // 7-й Міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові, 18-20 травня 2005 р.: тези доповіді. - Львів, 2005. - С. 109-110.

12. Стецько А.Є. Збільшення ресурсу деталей „Притиск різця” зміцненням їх комбінованим зміцнювальним обробленням / А.Є. Стецько // 8-й Міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові, 23-25 травня, 2007 р.: тези доповіді. - Львів,2007. - С. 106-107.

13. Стецько А.Є. Дослідження дифузійних шарів деталей машин, відновлених комплексним методом хімічного оброблення і дифузійного хромування / В.М. Голубець, А.Є. Стецько // Праці 9-го Міжнародного симпозіуму українських інженерів-механіків у Львові, 20-22 травня 2009 р.: тези доповіді. - Львів, 2009. - С.232-233.

14. Стецько А.Є. Комплексний метод відновлення деталей машин хімічною обробкою і дифузійним хромуванням / А.Є. Стецько / Машинобудування України очима молодих. Матеріали 9-ої Всеукраїнської науково-технічної конференції, 26-27 листопада 2009 р.: тези доповіді. - Запоріжжя, 2009. - С. 137-138.

15. Стецько А. Е. Технологическое обеспечение формирования качества рабочих поверхностей деталей машин / А.Е. Стецько // XXII Международная Инновационно-ориентированная конференция молодых ученых и студентов «Будущее машиностроения Росии», 26-29 октября 2010 г.: тезисы докл. - Москва : Институт машиностроения им.А.А. Благонравова РАН, 2010. - С. 88.

16. Пат. №38153 А Україна, МПК С23С10/02. Спосіб отримання комбінованого покриття на залізовуглецевих сплавах / Стецьків О. П., Манько О. В., Стецько А.Є. (UA); заявник і патентовласник Українська академія друкарства (UA). - № 2000063179; заявл. 02.06.2000; опубл. 15.05.2001, Бюл. №4.

17. Пат. №47261 А Україна, МПК С23С10/02. Спосіб отримання комбінованого покриття поверхонь деталей пар тертя із залізовуглецевих сплавів / Стецьків О. П., Манько О. В., Стецько А.Є. (UA); заявник і патентовласник Українська академія друкарства (UA). - № 2001096617; заявл. 27.09.2001; опубл. 17.06.2002, Бюл. №6.

18. Пат. №47783 А Україна, МПК С23С10/02. Спосіб отримання комбінованого покриття на деталях із залізовуглецевих сплавів / Стецьків О. П., Манько О. В., Стецько А.Є. (UA); заявник і патентовласник Українська академія друкарства (UA). - № 2001096303; заявл. 13.09.2001; опубл. 15.07.2002, Бюл. №7.

19. Пат. №56472 А Україна, МПК С23С10/02. Спосіб отримання комбінованого покриття деталей машин із залізовуглецевих сплавів / Стецьків О. П., Манько О. В., Стецько А.Є. (UA); заявник і патентовласник Українська академія друкарства (UA). - № 2002064633; заявл. 06.06.2003; опубл. 15.05.2003, Бюл. №5.

20. Пат. №77102 Україна, МПК С23С10/02. Спосіб отримання композиційного дифузійного покриття на швидкозношувальних поверхнях деталей із залізовуглецевих сплавів / Стецько А.Є., Манько О.В. (UA); заявник і патентовласник Українська академія друкарства (UA). - № а200501898; заявл. 01.03.2005; опубл. 16.10.2006, Бюл. №10.

21. Пат. №39738 Україна, МПК С23С8/00. Спосіб отримання комбінованого покриття на мідних сплавах / Маїк В.З., Іванчишин Г.М., Манько О.В., Стецько А.Є. (UA); заявник і патентовласник Українська академія друкарства (UA). - № u200811849; заявл. 06.10.2008, опубл. 10.03.2009, Бюл. №5.

АНОТАЦІЯ

Стецько А.Є. Підвищення якості поверхонь деталей, виготовлених і відновлених комплексним методом. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування. - Тернопільський Національний технічний університет імені Івана Пулюя. - Тернопіль, 2011р.

Робота присвячена розробленню комплексного методу виготовлення і відновлення поверхонь деталей типу тіл обертання хімічною обробкою і дифузійним хромуванням, в тому числі процесам фінішної обробки таких поверхонь для досягнення потрібних якісних показників. Розроблено технологічні операції і режими нанесення хімічного покриття і дифузійного хромування, технологічний маршрут комплексного методу. Розроблено теоретичні передумови впливу елементів режиму різання на топографію зміцненої поверхні; каскадні графи комплексної обробки деталей типу тіл обертання; метод оптимізації вибору технологічних чинників з метою забезпечення точності і шорсткості кінцевої механічної обробки деталей тіл обертання, в тому числі програму оптимізаційного процесу фінішної механічної обробки. Представлено результати експериментальних досліджень та промислових випробувань і практичні рекомендації виготовлення і відновлення деталей машин комплексним методом, проведено техніко-економічне обґрунтування комплексного методу.

Ключові слова: технологічний процес, шорсткість поверхні, механічна обробка, ресурс деталі, оптимізація технологічних параметрів.

АННОТАЦИЯ

Стецько А.Е. Повышение качества поверхностей деталей, изготовленных и восстановленных комплексным методом. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - технология машиностроения. - Тернопольский Национальный технический университет имени Ивана Пулюя. - Тернополь, 2011.

Работа посвящена разработке комплексного метода изготовления и восстановления поверхностей вращающихся деталей комплексным методом химической обработки и диффузионного хромирования и финишной механической обработки таких поверхностей. Комплексным методом формируются композиционные слои различной морфологии, которые позволяют изготавливать и восстанавливать детали машин, работающие в различных условиях. Установлен механизм формирования упрочненного поверхностного слоя комплексной обработкой. Разработаны теоретические предпосылки влияния элементов режима резания на топографию упрочненной поверхности. Установлено и экспериментально подтверждено, что шероховатость обработанной поверхности существенно зависит от составляющей формы инструмента и кинематики его перемещения, деформации материала в зоне контакта с инструментом, шероховатости рабочей части инструмента, и несущественно зависит от колебаний резального инструмента. Получены рациональные режимы и параметры геометрии инструмента для обработки восстановленных поверхностей комплексным методом, который разрешает обеспечить шероховатость обработанной поверхности не выше Rz<10 мкм или Ra < 2 мкм.

Геометрические параметры упрочненного слоя, полученного после комплексного метода, разрешают применять метод ремонтных размеров для восстановления изношенных поверхностей и использовать в качестве заготовок изношенную деталь, которая упрощает технологический процесс восстановления, сокращает его время и снижает затраты на детали при эксплуатации.

Приведена программа и методика проведения экспериментальных исследований, представлена конструкция экспериментальных и натурных образцов.

Проведено планирование и методику математической обработки результатов исследований параметров качества поверхностей после финишной механической обработки деталей, изготовленных комплексным методом.

Приведены результаты экспериментальных исследований для установления технологических условий для управления показателями качества упрочненного поверхностного слоя при разных условиях эксплуатации деталей машин, а также влияние рациональных режимов финишной механической обработки на геометрические параметры (шероховатость и прирост толщины) обработанной поверхности.

Разработаны каскадные графы комплексной обработки вращающихся деталей, разработан метод оптимизации выбора технологических параметров с целью обеспечения точности финишной механической обработки деталей тел вращения, в том числе блок-схему алгоритма оптимизации технологических параметров на финишной операции механической обработки и программу оптимизационного процесса финишной механической обработки деталей тел вращения, проведено технико-экономическое обоснование разработанного комплексного метода.

Ключевые слова: технологический процесс, шероховатость поверхности, механическая обработка, ресурс детали, оптимизация технологических процессов.

SUMMARY

Stetsko, A.E. Upgrading of surfaces of the details made and recovered by a complex method. - Manuscript.

A thesis for the scholarly degree of Candidate of Engineering in speciality 05.02.08. - Technology of Mechanical Engineering. - Ternopil' National Ivan Pul'uj Technical University. - Ternopil', 2011.

Work is sanctified to development of complex method of making and proceeding in the surfaces of rundles chemical treatment and diffusive chrome-plating, including to the processes of finish treatment of such surfaces for the achievement of necessary quality indexes. Technological operations and modes causing of chemical coverage and diffusive chrome-plating, technological route of complex method, are worked out. Theoretical pre-conditions of influence elements of the cutting mode are worked out on the topography of the fixed surface; cascade columns complex treatment of rundles; method of optimization choice of technological factors with the aim of providing of exactness and roughness of the eventual tooling of details of bodies of rotation, including program of optimization process of the finish tooling. The results of experimental researches and industrial tests and practical recommendations of making and proceeding in the details of machines are presented by a complex method, a feasibility study is conducted complex method.

Key words: technological process, topography surface, tooling, resource of detail, optimization technological process.

Размещено на Allbest.ru

...