Введение к работе
Актуальность проблемы.
В настоящее время основное направление развития машиностроительного комплекса России связано с повышение качества выпускаемой продукции, которое является лучшим вложением средств для завоевания позиций на рынке.
Несмотря на то. что с внедрением новых конструкционных материалов увеличиваются объемы выпуска деталей, полученных на основе прогрессивных технологий, в ближайшее время будет преобладать обработка резанием, которая сейчас составляет 60...80 I трудоемкости изготовления деталей. При этом для повышения прочностных свойств поверхностного слоя (ПС) деталей, работающих в условиях интенсивного изнашивания, например, деталей ткацких станков, предусмотрена операция поверхностной термической обработки.
На данный момент времени основное внимание уделяется с одной стороны интеграции разнообразных операций механической обработки (создание многоцелевых станков), с другой - механизации и автоматизации термической обработки (разработка специализированных станов для операции термоупрочнения). При этом детали, в технологическом цикле изготовления которых предусмотрена термическая обработка, вынуждены обрабатывать, разрывая цикл их изготовления, что приводит к увеличению трудоемкости финишных операций и снижению качества поверхностного слоя (снижение глубины упрочнения, микротвердости и.изменение величины и знака остаточных напряжений).
В связи с этим одной из актуальных проблем машиностроения является разработка технологий, обеспечивающих полный цикл изготовления деталей, включая необходимые операции термической обработки. Интеграция разнородных технологических операций (механической и поверхностной термической обработок) в одну - комбинированную, в значительной мере решает проблемы надежного обеспечения требуемого качества обрабатываемого изделия, уменьшения припусков на окончательную механическую обработку, повышения производительности и снижения энергоемкости финишной механической обработки и процесса упрочнения.
Цель работы. Повышение качества поверхностного слоя деталей машин из конструкционных сталей за счет управления параметрами термических циклов при интеграции операций механической и поверхностной термической обработок в- одну комбинированную.
Автор защищает:
-
Результати численного моделирования и метод расчета температурных полей в материале с движущимся источником нагрева в технологических процессах комбинированной обработки с испольвоьанием высокоэнергетического нагрева ТВЧ (ВЭН ТВЧ).
-
Закономерности формирования структуры и свойств ПС конструкционных среднеуглеродистых сталей.
-
Количественную взаимосвязь параметров термических циклов со структурой и свойствами ПС деталей машин.
-
Технологические процессы обработки деталей в условиях интеграции разнородных оперший: поверхностной термической (ВЭН ТВЧ) и механической (шлифование), а также, необходимый для ее реализации комплекс оборудования, оснастки и инструмента.
Методика исследования. Теоретические исследования основывались на физических законах высокочастотного нагрева и методах прикладной математики, создании на этой базе математической модели температурного поля в материалах при ВЭН ТВЧ и решении зависимостей методом конечных разностей на ЭВМ типа IBM ГС/AT.
Экспериментальные исследования проводились с использованием методов теплофизического анализа, математической статистики, оптической металлографии, а также методов оценки эксплуатационных свойств детален машин.
Научная новизна. Предложен новый технологический процесс комбинированной обработки (шлифование плюс ВЭН ТБЧ), для чего:
разработан численный метод расчета температурных нолей в материале при ВЭН ТВЧ с движущимся источником нагрева;
выявлена количественная связь параметров термических циклов с характеристиками качества поверхностного слоя;
установлены основные закономерности формирования структуры и свойств ПС;
предложено использование интегральной температурно-временной характеристики для решения технологических задач.
Практическая ценность и реализация результатов. Разработаны станочная система и модуль, позволяющие реализовать процесс упрочнения ВЭН ТВЧ в условиях интеграции разнородных операций - поверхностной термической и механической. Предложены способ и технология финишной обработки деталей в данных условиях.
Внедрение разработанного оборудования и технологии на Новосибирском заводе "Сибтекстильмаш" при обработке деталей ткацких бес-
- 5 -челночных и рапирных станков позволило обеспечить требуемый уровень качества ПС деталей машин; повысить поверхностную твердость упрочненного слоя на 2...4 ед. HRC: обеспечить равномерность глубины упрочнения; снизить энергоемкость процесса ВЭН 'ГВЧ в 4...6 раз; повысить производительность в 5...7 раз; уменьшить межопера-ционине заделы деталей, снизить вспомогательное время.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на первом Всесоюзном съезде технологов - машиностроителей (Москва, 1989 г.); научно-технических конференциях: "Новые материалы и ресурсосберегающие технологии термической и химико-термической обработок деталей машин и инструмента" (Махачкала. 1989 г.), "Типовые механизмы и технологическая оснастка станков-автоматов, станков с ЧГГУ и ГПС" (Киев. 1992 г.); на Сибирской конференции по прикладной и индустриальной математике, секция "Инженерная математика", подсекция "Математика в новой технике" (Новосибирск, 1994 г.); на международной научно-технической конференции "Авангардные технологии, оборудование, инструмент и компьютеризация производства оптико-электронных приборов в машиностроении" (Новосибирск, 1995 г.); на втором Сибирском конгрессе по прикладной и индустриальной математике (Новосибирск, 1996 г.); на научных семинарах кафедры "Металлорежущие станки и инструменты" Новосибирского государственного технического университета (1995, 1996 гг.). кафедры "Эксплуатация машин" Сибирской государственной академии железнодорожного транспорта" (1996 г.) и кафедры "Технология машиностроения" Московской государственной академии приборостроения и информатики (1996 г.).
Публикации, По теме диссертации опубликовано 21 работа, из них два авторских свидетельства и один патент на изобретения.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Содержит 115 страниц машинописного текста, 6 таблиц, 57 рисунков на 45 страницах, список литературы из 115 наименований на 11 страницах и 4 приложения на 30 страницах.
