Повышение стабильности физико-химического состояния поверхностного слоя деталей из легированных сталей при шлифовании Дубовска, Розмарин

Введение к работе

Актуальность проблемы. Проблемы исследования природы поверхности металлических и других материалов, а такке направленного изменения состояния поверхности с целью придания материалам заданных физико-химических свойств находятся з центре внимания ученых и инженеров всего мира уже длительное время. Успехи, достигнутые в решении этих проблем, во многом определяются появлением принципиально новых методов анализа состава и структуры таких поверхностных слоев, а такяе апларатуры, позволяющей с высокой степенью надежности фиксировать целую гамму физических параметров, характеризующих состояние этих слоев,

Вопросы физической стороны формирования поверхностного слоя в настоящее время выдвинуты на первый план. Это обусловлено тем, что, во-первых, настоящий этап развития технологии машиностроения характерен успешной разработкой ее физических основ, а во-вторых, для обеспечения требуемого качества обработанной поверхности необходимо иметь ясное представление о всех тех физических явлениях и процессах, которые протекают при ее формировании.

В настоящее время при конструкторско-технологической подготовке производства выбор, назначение и технологическое обеспечение системы параметров поверхностного слоя деталей машин и приборов осуществляются с недостаточной научной обоснованностью. Отсутствие научного подхода к назначению параметров состояния рабочих поверхностей деталей, как правило, приводит к необоснованному завышению требования, а, следовательно, и удорожанию выпускаемых машин без должного повышения их надежности.

Необходимость комплексного подхода к выбору, назначена! и технологическому обеспечению системы параметров поверхнос ного слоя деталей машин подтверждают результаты исследовани: Мевдународного исследовательского общества технологов ( сію и исследований в Русской Федерации по перспективам развития технологии.

Работа выполнялась по программе Ш-І-5/05 Закономерное деформации и излома при обработке резанием (ЧСФР).

Цель работы: Повышение стабильности физико-химического состояния поверхностного слоя деталей из легированных стале на базе современных представлений о пластической деформации упрочнении и разупрочнении твердых тел.

В работе решаются следующие основные задачи:

1. Применительно к группе деформируемых легированных с лей на основе комплексных исследований прочностных и пласти ных свойств, структурно-фазового состава, механизма деформг цяй и параметров процесса резания исследовать возможность и пользования естественных зон пластической деформации для рг четного определения параметров качества обработанной повер> ности.

2. Исследовать влияние технологических факторов на изменение физико-химических свойств структурно-фазового и 3 мического состава металла обработанной поверхности и изучил закономерности упрочнения и разупрочнения поверхностного cj в процессе шлифования.

3. Показать возможности и достижения метода ядерного : -резонанса, основанного на эффекте Мессбауэра, при его исп< зовании в машиностроении.

_ 4 -

Разработать методику извлечения и обработки информации из эксперитлентальных спектров резонансного рассеяния гамма-квантов легированных сталей после шлифования.

4. Разработать технологические рекомендации по назначению рениыов резания деталей из легированных сталей высокопроизводительными абразивными инструментами новой конструкции по рецептуре Мосстанкина.

5. Для совершенствования технологии обработки подшипников качения повысить производительность операции шлифования оптимизацией исследованных параметров поверхностного слоя.

Объектом исследования является совокупность теоретических методов решения физико-химического состояния поверхностного слоя деталей из легированных сталей при шлифовании.

Научнач новизна

1. Впервые процесс формирования поверхностного слоя де
талей из легированных сталей изучен как объект управления и
физико-химический процесс во взаимосвязи его основных парамет
ров (шероховатость поверхности, деформационное упрочнение,
структурно-фазовый состав, остаточные напряжения) и условий
шлифования.

Теоретически к экспериментально изучен механизм формирования поверхностного слоя деталей из подшипниковых сталей при плоском шлифовании стандартными и высокопроизводительными абразивными инструментами новой конструкции Мосстанкина.

2. Пространственное измерение и оценка шероховатости по
верхности представляют качественный шаг к высшему уровню рас
смотрения свойств поверхности. Преимуществом измерения шерохо
ватости в отдельных сечениях, образущих площадь, является не

только объективизация характеристики профиля шероховатости, но и возможность обсуждения функциональных свойств поверхности, именно с точки зрения износа, условий смазки и т.д.

3. В работе использована новая методика определения стру: турннх параметров рентгеновским методом для исследования фазового состава, тонкой кристаллической структуры и напряженного состояния поверхностного слоя деталей из подшипниковых сталей

4. Впервые в данной работе установлена возможность использования эффекта Мессбауэра к научному объяснению состоянн поверхностного слоя при обработке резанием. Проверка пригодно ти этого метода была связана также с задачей идентификации влияния применения алмазных шлифовальных кругов на состояние поверхностного слоя.

5. . В работе разработана обобщенная и упрощенная методик для общего решения данной проблемы с использованием эффекта Мессбауэра. Установлено, что при использовании метода спектро скопии Мессбауэра получилась высокая точность и чувствительно по сравнению с методами, которыми пользуются в современной машиностроительной практике. Теоретико-экспериментальным разе ром и применением теории статистики было определено, что точность измеренных величин остаточных напряжений находится в да пазоне +0,05-1,25 МПа.

6. На основе современных знаний, разработки широкого крз га специальных вопросов, в том числе и теоретических и проведенных исследований в области применения методов рентгеновск< го и мессбауэровского, можно сделать вывод:

- для измерения напряженного состояния поверхностного CJ оба метода равноценны ;

- О —

- метод ядерного гамма-резонанса высокоэффективен для определения структурио-фазового состава поверхностного слоя деталей из легированных сталей.

7. Многофакгоряым регрессионным анализом были разработаны статистические модели связи показателей надежности - стабильности поверхностного слоя деталей из легированных сталей. Предварительно после корреляционного анализа были отобраны значимые параметры и их сочетания. Выбранная форма связи - логарифмические полиномы второго и третьего порядков и показательные функции. Полученные модели могут быть использованы для оптимизации и прогнозирования основных параметров шлифования для обеспечения его повышенной стабильности.

Практическая значимость

1. Выявление физико-химической стороны процесса формирования поверхностного слоя деталей из легированных сталей позволяет при проектировании технологических процессов механической обработки обеспечить не только требуемую точность и высокую производительность, но и умело варьировать технологическим процессом для получения необходимых эксплуатационных свойств деталей непосредственно в процессе их изготовления.

2. Поскольку в кастояшее время актуальной задачей метрологии является определение и других (пока не стандартных) характеристик шероховатости поверхности, анализ шероховатости поверхности на основе статистического анализа представляет значительный качественный переход к количественной оценке шкрогеометр'ют поверхности.

3. Метод ядерного гамма-резонанса как удобный и эффектив-

ный научно-исследовательский метод монет Сыть использован дл? решения некоторых пройдем промышленности, например, для осуществления непрерывного контроля процессов производства и качества продукции.

4. Математические модели связи шероховатости и микротві
дости поверхностного слоя деталей из подшипниковых сталей по
воляют:

максимально приблизить расчетные данные по режимам ішг, фования к возможностям производства ;

определить степень влияния того или другого фактора н производительность шлифования для рассматриваемой технологич ной ситуации ;

произвести квалифицированный поиск оптимального постр ния рабочего цикла для решения задачи одновременного повышен точности и производительности шлифования.

5. Для улучшения теплового режима шлифования предлагает
использовать высокопроизводительные шлифовальные круги, кото
рыш mosho достигнуть высокое качество, исключение прикогов
третин за счет уменьшения силы на 25-35% и температуры шлифе
ванля на 20-30:1

Рекомендуемые характеристики шлифовальных кругов до стг дартам ГОСТ и 6sn для различных операций плоского шлифова* mosho использовать в подшипниковой промышленности.

Реализация работы

I. Результаты работы получили отраслевое применение на

Предприятиях ПОДШИПНИКОВОЙ ПрОМЫШЛеННОСТИ: ZVL Fresov, ZVL J< sucke Move Mesto, ZPA. Presov, Tatrs Banovce nad Bebrevou a 1

ra ;

сплавов и использовал новый метод измерения остаточных наполнений на основе эффекта Мессбауэра.

2. В соответствии с программой государственного плана S р z v 111—1—5 (ЧСФР) біла решена задача Мзхавдзм формирования новых поверхностей обработкой резанием. Применение мессбауэ-ровской спектроскопии и научно обоснованное формирование поверхностного слоя деталей из подшипниковых материалов представляют вклад для развития теории обработки резанием и для технологической подготовки производства подшипников на предприятиях z v l(заводы для производства подшипников) в Словацкой Республике.

'3. Разработана методология мессбаузровской спектроскопии для исследования физико-химического состояния поверхностного слоя - структуры, фазового и химического состава, остаточных напряжений успешно используется в учебном процессе студентов Машиностроительного факультета Технического университета в Кошице.

4. Новые познания о физико-химических закономерностях формирования поверхностного слоя деталей из подшипниковых сталей, предлагаемые оптимальные характеристики шлифовальных кругов и условия резания используются для комплексной проверки высокопроизводительных шлифовальных кругов в лабораторных и производственных УСЛОВИЯХ, к p. tod r.y technologic obrdhanio a loziskovej v.yrony sf vSdos (кафедры технологии обработки резанием и подшипниковой промышленности машиностроительного факультета v5DaS в Жилине).

5. В работе использованы некоторые технологические и производственные информации из аспектов рационального произведет-

ва деталей из легированных сталей строительных и землеройных машин (например, lnk 320, ию 060). Информации касаются оце. ки и прогноза шероховатости обработанной поверхности.

6. С исследованием формирования рельефа новой поверхнос
связаны нормализационные работы выполнены на предприятии

Z V L Doln.y Kuhin.

7. Ряд особенностей, оказывающих влияние на механизм фо
шрованпя поверхностного слоя обрабатываемой заготовки, был
изучен в рамках решения технологии производства подшипников

С Предприятием 2 V L Eolny Kubin.

Апробация работы. Основные положения, выводы и результє диссертационной работы докладывались на:

1. Международных и республиканских конференциях в ЧСФР

Tochnolo/'j cYO. {toccfv v г. t.ro jrirrlv-f, ich identii'ikfccie a p.utou.rti :',і'.сз v . Vyr-oV.ii Irtry 197',».

Intonr.il'iV'.i'c з г fi o; tini.'.l: zac і;. \ rccrru rvzrnin. i-ovnzskd Jystricn 192.

j-robltur, o^r.'Hu'teTncr.ti V.nvcvycii u.rtprijilcv. 2ilino 19&3.

Kovo j.oznrotk; pi оітгі''vni r. r>tc rij'ilcv. 2ilinfi 19ЄС, 1984,'

Kozvoj nutoniptizilcie strojiiral-.GO v.yroby. Kofiice 19Є6.

V.yvojovii snery vo v.vrohc vnlivycii lozisk. 2ilinn 1S89.

Nastrojo 67, Є9. lirrtislrvr- І9В7, 19Є&.

Konferencin technoldgov оЬгг'.Ьяпіп. 3rctislav8 1УБ5, 1S87,

Drsnost povrchu гэ jeja vlivj nn funV.ci soucasti. Brno 1S9

Brusenie 11., III. Brno 1567. Zlin 1991.

Ditnt-Uech 92. liitrn \<-Лс.. lochnoldj;Jn 92. КоГіісе 1992.

2, Международных конференциях и семинарах

- Gepcyortiistpchnolofiei Ir.nr'cskozj'isrr. [..ійкоїс 1973.

V.issenscheftlicfcen Koloquiiu.s der Sektion Folytechnik Erfurt 1S63, 1987, 19Є9 ; Sustrow 19Є5.

V.satplceni? і dokonr.Ienia neuczycieli przedir.iotov. politechnicznych. Stetin 196V.

Поверхностный слой, точность, эксплуатационные свойства и надежность деталей машин и приборов. Москва 1989, 1991.

Проблемы эксплуатации инструмента в металлообрабатывающей промышленности, Москва 1992.

3. На заседаниях кафедр "Технология металлов" и "Резание материалов" Мосстанкяна в 1982-1992 гг.

ПУблнкашщ. Содержание работы отражено в 4 самостоятельных научных работах, 49 научных статьях, 5 научно-исследовательских отчетах, 4 технологических лроектах, выполненных на предприятии vvz rfs ;л-оієп , 6 научно-исследовательских отчетах, выполненных ПО ХОЗДОГОВОраМ С Предприятием ZVL Loin;/ K;;Mr..

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения я общих выводов и самостоятельной части работы - приложения. Общий объем диссертации изложен на 272 страницах и включает 83 рисунка, 51 таблицу, 182 библиографических наименования и приложений на 171 странице.