Введение к работе
- З -
Актуальность проблемы: Выоокозфф?ктпЕШ::м направлением повышения долговечности машин является изготовление деталей in; из высоколегированных сталей, порссковнх сплавоз, композиционных материалов, а также упрочнение (восстановлени-з) деталей шшзменнонапыленными и наплавленными покрытиями.
Труднообрабатываемые материалы, интенсификация размерного формообразования-разрушения которых исследовалась, по структуре могут быть разделены на три группы:
-
- материалы с гомогенной структурой (твердые растворы с неограниченной растворимостью компонентов);
-
- материалы с, гетерогенной (матричной) структурой, состоящей из фаз твердого раствора и избыточных фаз, чаде в вида весьма твердых химических* соединений (карбидоз, силици-дов, нитридов, -боридов и различных интёруеталлпдов); гетерогенная структура может содержать перетекткку, эвтектики, эв-тектики о избыточными кристаллами твердых растворов. Гетерогенную структуру имеют нержавеющие, маломагннтниз стали и титановые сплавы. В деталях из этих материалов исследовались вопросы интенсификации реэьбонареэання. Ко второй группе относятся порошковые сплавы системы Ті0 - Fe (феррстик).
-
- К материалам с макрогетерсгенной структурой относятся плазменнонапыленниэ и наплавленные покрытия, содержащие упрочняющие элементы размером SO... 120 мкм в виде карбидов СгзСа. іштерметаллидов ШзАІ и др., а также композиционные материалы, содержащие ьолокна из никеля, углерода, бора.
Размерная обработка материалов с гетерогенной и макроге-терогенной структурами классическими методами в большинстве случаев сопряжена со значительными трудностями: избыточные фазы, упрочняющие элементы являются, своеобразными макродефек- . тами и в совокупности о мнкродефектами структуры - дислокациями, примесными атомами и др., обуславливают трудность разрушения материалов при размерной обработке режущим клином, абразивны}.! зерном, при ЭХО и ЭЭО.
Высокая повреждаемость структуры- труднообрабатываемых материалов обуславливает' при обработке режущим кликом 'преимущественно хрупкое разрушение, что-является причиной повышенных значений' сил резания, мнкровпбраций, приводящих к сколам ка рабочих гранях резца, низкого качества обработанных поверхностен, повышенной скорости износа инструмента, а * также
- 4 -обуславливает малую скорость резания, небодъспе по веліічине глубину резания и подачу.
При ЭХО проблема размерной обработки обусловлена значительным различием скоростей электрохимического растворения фаз обрабатываемого материала, а при ЭЭО - значительным различием скоростей плавления фаз из-за большого отличия их теп-лофизических параметров.
Решение задач по высокопроизводительной обработке материалов о гетерогенной и макрогетерогенной структурой во многих случаях сдерживается отсутствием высокопроизводительной . технологии и оборудования для размерной обработки, в особенности деталей с- еысоким содержанием упрочняющих фаз (интерме-таллидов. карбидов, боркдов и др.), обработка которых лезвийным инструментом наиболее затруднена или вообще невозможна.
Для создания ноенх высокопроизводительных методов размерной обработки необходим разработать теоретические основа синтеза интенсификации мехаяо-фиэикохимических процессов формообразования - разрушения.
Автор защищает .методологические принципы разработки интенсифицированных методов механэ-злектрофигикохимической размерной ооработкп, включающие:
1.- обобщенную термодинзмическуя и термокинетаческую мо
дели полиэнергетического поверхностного размерного разрушения
(ППРР); . ' ,
2.- структурированную моделі, энергоперэноса от источника
знергші к зоне разрусения с учетом взаимовлияния полиэнерге-
тическин потоков; .
S-- принципы построения энергетической модели техноло
гической системы (ТС); .;
" 4.- методологические принципы выбора интенсифицирующих экергетичесйк потоков- (ИЗП);
а тщ?, , результаты.теоретических и экспериментальных исследований' разработанных интенсифицированных методов обра-боткн:
' 1.- алмазно- электрохимическое шлифование (АЭХШ) в магнитном поле; .
2.- размерное абразивное микрофпюишровакие о изменяемой .кинематикой движений элементов ТС;
d.- улЬТрЗ?5уК0В0ї рЗЬиОНрЄЗЗШї9 О УЛЬТр^ВуКОВІ^ЛІ Ku-
лебанкями, вектор которых направлен по касательной к-винтовой
- 5 -линии;
4.- ІВ/ШуЛЬС1Ю-ЦПКЛИЧЄСКЯ 3X0 о гибкой ЦИКЛОГрЗММЗЙ;
5.- ультразвуковое мїїкрсфішіЕшіровалие двумя протнвофазно колеблющимися бруска.!:-!;
6.- здектрозрозпонная обработка в магнитном поле;
7.- ЭХО в ультразвуковом поле.
Цель работы - разработка научных основ . проектирования интенсифицированных методов размерной механо- э лс-ктрофпзнкохи-мической обработки н создание на згой базе высокопроизводительных, методов размерной обработки деталей из материалов с макрогетерогенной структурой (КМГС): плазменнсяапыл&нкых »' наплавленных покрнт;пі (ПННїП, г-омлозиционных материалов (KM) н персиковых сплавов (ПС), характеризующимися повышенными трудностями з размерной обработке.
Методы исследований. Разработка функцпо.иально-приеосных структур-моделей процессов ЭХО, 330, резания производилась на основе системного подхода, в основе которого леяит рассмотрение объектов как систем и изучение многообразных типов сыпей в этой системе, т.е. применялся метод системного анализа и суттєва процессов обработки.
При равработка моделей интенсифицированных' процессов формообразования - разрушения допускалось определенное абстрагирование процессов с последующей поправкой на реальны» условия обработки.
Для определения степени интенсификации МРО применялся термогатетігческнн и термодинамический методы, позволяющие исследовать кинетические характеристики процессов поверхностного размерного разрушения и процессов энергопередачи от источника энергии к зоне разрушения. При иыборе ИЭП применялся метод графов.
Экспериментальная проверка разработанных теоретических положений.производилась на специальных установках, аключающс. как универсальную контрольно-измерительную аппаратуру, так и специально разработанные Приборы в соответствии с особенностями исследуемых процессов при ЭХО, 530, резании и 'интенсифицированных методах обработки.
Для установления адекватности разрабатываемых моделей физико-химических эффектов при применении различных ПРИ ис-
ПОЛЬЗОВёиШСЪ М5КТ-Н0Д82Ш.
Отработка интенсифицированных технологий изготовления
опытных партий деталей проводитесь в производственных условиях.
Научная вовигна. Созданы'и обоснованы методологические принципы разработки шгеексифицкрованных методов иехано-злект-рофиэикркщшчеокой размерной обработки, базирующиеся на сио-ч теме иерархических моделей физико-химических процессов 'в рабочей вона, и включающие; обобщенную термодинамическую и тер-мокинетическую подели полиэнергетического поверхностного размерного разрушения обрабатываемого мзтериала, учитывающие энергетический вклад парциальных энергопотоков в кинетику разрыва атомных связей в зоне разрушения; структурированные модели эяергопроводикости рабочих сред от иогочника энергии к зоне разрушения о учетом взаимовлияния парциальных энергопо-
- токов и сопротивлений структурных элементов среды - энергопроводника, а также принципы построения энергетических моделей
технологических систем и методологические принципы выбора ин-
тенсифицирупцих энергопотоков, отличающиеся избирательным
действием последних.
На основе моделирования с использованием созданных методологических принципов интенсификации раеработаны модели, исследованы и реализованы интенсифицированные методы' размер-
. ной обработки: ' резьбонареэание о продольно-крутильными УЗК, метод а\0 с УЗК. электрода - инструмента, способ шпуль -сно-цикличеокой ЭХО о гибкой, циклограммой,, алмазно-электрохц-
~ мическое шлифование в магнитном поле (А.С. N 11766046); дискретное АЭЗШ, алмазно-абразивное шгсрофиниширование о ивменяе-
, .мой кинематикой инструмента (А.С. N 1668111; А. С. 166460); ультразвуковое юхкрсфпиширование'двумя потивофавно колеблющимися брусками (А. С. 1692148); способ электроэрозиолнсй обработки в магнитном поле.
реализация работы. Результаты проведенных исследований попользованы при разработке ИМРО, которые позволили увеличить производительность обработки в 2...15 и более раз с обеспечением высокого качества обрабатываемых поверхностей; позволили в ряде.случаев осуществить размерную обработку деталей -из. композиционных материалов, которые не поддаются размерной обработке классическими базовыми методами.
Производственная реализация ІІМР0 осуществлялась путем
. оснащения серийных металлообрабатывающих станков специальными головкам;: (конструкционно-технологическими модулями) с добав-
ленпеи к станку некоторыхагрегатов типа'спе;в:ашжх источников питания, насосних агрегатов я др.
Для производственна}! реализации ІШРО Сиза модершгеирсЕа-ны следуюшне станки: специаякгироваяшй- контурноплнфовзльный станок з WiJ иод. МА-39вїЗ, станок ЗГ721 Для АЭКШ в магнитном поле лопаток, нг< сплава скотиш TIC-Fe (ферротик); электрохимический когшрорзльно-проп'ивочный станок мод. МС-БО для Щ ЭХО с гибкой , циклограммой, вертикально-сзерліїльїшй станок мод. 2Н125Л для ультразвукового резьбонарезания; круглопшпфо-вальный станок мод.ЗБ'12 для АЗМІ! й АЭЭШ плагменко-напыленных деталей н деталей из композиционных материалов; специализированный шлифовальный' станок для обработки пеек коленвалов мод.ЗН423 (ЗВ423) для алмазного контактяозрозионного шлифования (АКЭШ); круглстялифовальный станок ЗМ151 для АЭЗЯ плазмен-нонапыленных деталей текстильных машш (барабанов направляющих', галет, дисковода), электрозрозионный станок под.4Е423М и 41721М для 330 в магнитном поле.
Апробация работы. Основные положения и регультлти работы докладывались на семинарах и расширенных заселениях ісафедрн "Производство машин и аппаратов" Тульского государственного технического университета, на еяегодкых, начиная о 1S75 г., научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ, на Всесоюзным конференциях по электрофизически;,! н злектрохні.спесюш методам обработки (Тулз-1975,1920,1965) УФА-1993г.,' Ленинград- 1980г.)» на научно-техническом семинаре в Ленинграде в 1990 г., в Киеве в 1993 г., на 1-ой отраслевой конференции технологов-машиностроителей -в г.Туле, в 1990 г., на семинаре "Электрофизические и электрохимические методы обработки в машиностроении" в Туле, 1992 г.: на международной конференции: Состояние.!! перспективы восстановл.ения и упрочнения деталей машин. - М. :ЦРДЗ,' 1994г.; на международной конференции: ПсЕкзенпе надежности транспортной техники. - Саратов: С'ТУ, 1954.
Практически? результаты диссертации демонстрировались па областной научно-технической выставке "Наследники П. Демидова" в 1995 г.'. теоретические результаты докладывались на профес-сз*ско-пг:ч:слзвнтельскпх конференциях в 1995.98 г.г.'
Публ;:.-:ац;;л. По теме диссертации опубликована 79 работ (в
ЧХСЛЄ о j,L"'HOrr. г.'-7"; 5 ССч-ШТС'РСТЇгЄ .<, ПОЛУЧЄКЗ о SBTOpCKj'X. "йіНЄТЄЛІ СТВ На. ПЗГ'бпЄТЄННЛ.
- 8 -Структура !i объем работы.. Диссертация состоит из введения, 8-ми разделов, заключения, списка использованных источников и включает^ 2f страницу .машинного текста ЛЬ рисунков, помещённых на ?.& страницах, списка использованных источников из 1Б4 наименований на 20 страница:, Общий объем работы.S2& страниц.