Введение к работе
Актуальность работы. Современное машиностроение требует повышения эксплуатационных качеств базовых деталей машин и механизмов за счет изменения механических свойств конструкционных материалов. Эти задачи могут быть решены в результате применения высоколегированных дорогостоящих сталей и сплавов пли коренного изменения технологического процесса изготовления деталей, начиная с метода получения исходного металла в слитке, метода пласпгческого формообразования, различных видов термической обработки и в некоторой степени микролегированием сталей редкими и редкоземельными материалами с последующей механообработкой.
С повышением мехакіїческих свойств за счет приеденного комплекса мероприятий снижается эффективность механической обработки, в частности при точеігаи, сверлении, рассверливании и др. Материалы с высокими эксплуатационными свойствами характеризуются низкой обрабатываемостью резанием, а процесс механообработки сопровождается высокой интенсивностью износа режущих ипструмеїгтов.
Проведенный анализ назначения режимов механообработки показал, что при их выборе учитываются только физико-механические свойства (о"„) обрабатываемого материала, а также состояния поверхности заготовки, что в ряде случаев является недостаточным.
Поэтому, повышение эффективности процессов механообработки легированных сталей с повышенными прочностными характеристиками на основе научно-обосновашгон методики определения оптимальных параметров резания с учетом особенностей обрабатываемости резанием, структурного состояния металла и его метода получения является актуальной задачей.
Связь работы с научными планами, темами. Работы гиполпялись в соответствии с планами НИР и ОКР Национальной металлургической академии Украины по договорам с ГНТЦ АСВ (№№ гос. регистрации 0195V008014; 0195V008012; 0195V008011 и АО "Днспротяжмаш" (№ гос. регистрации 0198V009020), входящих в Государственную программу Украины по разработке и освоению изделий ответственного назначения.
Целью диссертационной работы является повышение эффективности процессов механообработки деталей ответственного назначения па основе определения оптимальных условий обработки легированных статей с повышенными прочностными характеристиками.
2 Для достижения цели в диссертационной работе были поставлены следующие
задачи:
1.Создать модель оптимизации процесса механообработки крупногабаритпььх изделий ответственного назначения с повышенными прочностными характеристиками с учетом структурного состояния металла и метода получения исходной заготовки.
2.0прсделить технологические ограничения, налагаемые на режимы обработки крупногабаритных изделий точностью обработки, жесткостью системы СПИД (станок -приспособление - инструмент - деталь).
3.Установить регрессионные зависимости, описывающие изменение скорости резания от элементов режима и комплекса физико-механических свойств заготовки (предела прочности, относительного сужения, ударной вязкости и твердости), способа ее получения и вида термической обработки.
4.Разработать карты обрабатываемости деталей из хромоникелемолибденовых сталей, модель поиска и схему принятия решений при разработке процесса механообработки деталей ответственного назначения.
5.Внедрить в производство рекомендации но определению режимов при разработке процессов механообработки хромоникелемолибденовых сталей с повышенными прочностными характеристиками.
Методика исследований. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены на основе фундаментальных положений теории резания металлов, технологии машиностроения, включая и первичное формообразование заготовок, теории математігческого планирования экспериментов, методов оптимизации, методов статистической обработки данных и методов математического моделирования на ПЭВМ.
Экспериментальные исследовашія выполнены в производственных условиях акционерного объединения "Новокраматорский машиностроительный завод".
Выполнено математическое моделироваїше процессов механообработки с использованием современных пакетов прикладных программ.
Достоверное іь научных положении, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается воспроизводимостью исследований, адекватностью полученных математических моделей процессов механообработки легированных сталей, а также опытно-промышленной проверкой полученных результатов.
Научная новизна работы заключается в том. что на основе выдвинутого научного положения, в соответствии с которым скорость резашьч зависит от комплекса физико-механических свойств заготовки (предела прочности, относительного сужешя, ударной
вязкости и твердости), определены оптимальные режимы механической обработки крупногабаритных изделий из стали типа 38ХНЗМФА. При этом:
уточнены зависимости, позволяющие определить скорость резания от элементов режима резания и комплекса физико-механических свойств с учетом метода получения исходной заготовки и вида термической обработки;
выявлены закономерности влияния режимов резания на показатели качества обработанных поверхностей деталей ответственного назначения из сталей типа 38ХНЗМФА с повышенными прочностными характеристиками и точности процесса м еханообработки;
разработана методика оптимизации процесса механообработки крупногабаритных изделий из хромоникелемолибденовых сталей;
- предложены сравнительные показатели обрабатываемости по износу и
продолжительности резания до заданного критерия затупления режущих инструментов
при механообработке труднообрабатываемых .материалов.
Предложенный комплекс технических решений позволил выявить возможность повышения производительности процесса механообработки без потери точности системы СПИД, таким образом создана основа для автоматического управления процессами резания труднообрабатываемых материалов.
Автор защищает: зависимости влияния на скорость резания комплекса физико-механических свойств (предела прочности, относительного сужения, ударной вязкости и твердости), методику оптимизации процесса механообработки крупногабаритных изделий из хромоникелемолибденовых стазей; методику определения сравнительных показателей обрабатываемости труднообрабатываемых материалов; алгоритмы моделирования точности процессов механообработки на ПЭВМ с учетом жесткости системы СПИД;
Р^ЗР?.бОТаННЫе КОНСТРУКЦИИ РСЖУЩМХ HHCTPYVeHTOI? В Ч2СТІЇ0СПІ СС-Є"ЛНЛЬІІСЙ ГОЛОП'СП
для глубокого сверления и конструкцию токарного проходного резца для чистовой и получистовой обработки; логическую схему принятия решений при разработке и освосшш процесса механообработки деталей из хромоникелемолибденовых сталей с повышенными прочностными характеристиками.
Практическая ценность. Результаты исследований позволили:
- дать научно-обоснованные рекомендации по назначению режимов резания при
обработке крупногабарїггньїх изделий из сталей типа З 8ХНЗ МФА с пезышешплми
прочностными характеристиками;
- разработать карты обрабатываемости и методику принятия решений при
освоении процессов механообработки из труднообрабатываемых материалов;
- предложить новые конструкции режущих инструментов: сверлильной головки
для сверления глубоких отверстий и токарного проходного резца с изменяемой
геометрией для чистовых и получистовых операций.
Внедрения. В промышленность внедрены: технологические рекомендации по назначсішю режимов механообработки и определения оптимальных марок инструментальных материалов при обработке сталей типа 38ХНЗМФА; инструментальное обеспечение для токарных операций.
Результаты работы использовались в акционерном объединении "Новокраматорский машиностроительный завод", АО "Днепротяжмаш" и рекомендованы для включения в учебную нроірамму нодгшовки инженероЕ. Экономически)! эффекг от внедрения указанных разработок составил 12 480 гри.
Личный пклад соискателя состоит в проведении экспериментальных и теоретических исследований, разработке методик, математических моделей, программ для моделирования процессов механообработки на ПЭВМ, и внедрении результатов работы в промышленность.
Апробация результатов. Основные положения н результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на ряде научно-технических конференций и семинаров, в том числе: на 6-й международной научно-технической конференции "Надежность режущего инструмента и оптимизация технологических систем" (г.Краматорск, октябрь 1995 г.); научно-технической конференции "Проблемы техники, технологии к экономики машиностроительного производства" (г.Краматорск, май 1996 г.); научно-технической конференции "Ресурсо- и энергосберегающие технологии в промышленности" (г.Одесса, 4-6 сентября 1996 г.); международной научно-технической конференции "Современные проблемы машиностроения и технический проіресс" (г.Ссвастоноль, 10-13 сентября 1996 г.); международной научно-технической конференции к 100-летшо механико-машиностроительного и 50-летшо сварочного факультета НТУУТ, 25-2S мая 1998 г. "Прогресивна техніка і технологія машинобудування, приладобудування і зварюватыюго виробництва" (г.Киев, НТУУТ, 25-28 мая 1998 г.), на международной научно-технической конференции "Машиностроение и техносфера на ребеже XXI века" (г.Севастополь, 13-18 сентября 1999 г.), на научно-технических семинарах ДГМА и НМетЛУ.
5 Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 13
машинописных работах, включая 6 статей в фаховых издательствах ВАК, 2 заявки на
изобретешь.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих
выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 269
страницах машинописного текста, содержит 120 рисунков, 24 таблиц, список
литературы из 146 наименований, 11 приложений.