Введение к работе
Актуальность работы. Калиброванная сталь широко применяется для изготовления осей, валов, роликов, крепежных и других деталей на машиностроительных предприятиях. По прогнозам Ассоциации «РосМе-тиз» производство калиброванной стали в 2010 г. должно увеличиться на 40 % по сравнению с существующими объемами. Это связано с интенсивным развитием металлообрабатывающих отраслей, которое приводит к повышению требований к заготовке, особенно при изготовлении ответственных деталей машин. В связи с этим актуальной задачей является повышение качества калиброванной стали.
Учитывая специфику применения калиброванной стали в узлах и механизмах с поверхностным силовым контактом отдельных элементов, важнейшим показателем качества становится шероховатость поверхности.
Основным технологическим процессом, формирующим качество калиброванной стали, является однократное волочение с малыми обжатиями (калибрование) в монолитных волоках горячекатаного проката, предварительно подвергнутого подготовке поверхности путем травления или механической поверхностной обработки.
Формирование шероховатости поверхности калиброванной стали является сложной комплексной проблемой, включающей вопросы подготовки поверхности заготовки и инструмента, а также анализ условий формирования микрогеометрии поверхности стали при калибровании за счет взаимодействия с инструментом.
В настоящее время закономерности формирования шероховатости поверхности стали при калибровании в монолитной волоке изучены значительно хуже, чем при других видах обработки давлением, отсутствуют научно-обоснованные методики, позволяющие прогнозировать шероховатость поверхности калиброванной стали в зависимости от параметров исходной заготовки и технологических факторов процесса.
Удовлетворение требований потребителя к шероховатости поверхности стали невозможно без математического описания процесса ее формирования при калибровании и экспериментальных исследований.
Цель и задачи исследования. Целью является разработка методики оценки и прогнозирования шероховатости поверхности калиброванной стали в зависимости от параметров исходной заготовки и технологических факторов процесса калибрования в монолитной волоке.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи исследования:
-выявить технологические факторы процесса калибрования и параметры исходной заготовки, оказывающие наиболее существенное влия-
ниє на изменение шероховатости поверхности калиброванной стали, и установить их количественное влияние;
-разработать математическую модель управления качеством поверхности стали в процессе калибрования в монолитной волоке, учитывающую форму микронеровностей поверхности заготовки перед деформацией;
-экспериментально исследовать закономерности формирования шероховатости поверхности стали в процессе калибрования в монолитной волоке;
-разработать методику оценки и прогнозирования шероховатости поверхности калиброванной стали в зависимости от параметров исходной заготовки и технологических факторов процесса калибрования в монолитной волоке и провести ее опытно-промышленную апробацию.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработана математическая модель управления качеством поверхности стали в процессе калибрования в монолитной волоке, учитывающая форму микронеровностей заготовки после травления или обточки. При этом функция распределения микронеровностей поверхности заготовки описана законом Рэлея.
-
Разработана методика оценки и прогнозирования шероховатости поверхности калиброванной стали в зависимости от параметров исходной заготовки и технологических факторов процесса калибрования в монолитной волоке.
-
Получены статистические модели, описывающие зависимость шероховатости поверхности калиброванной стали от критериев, характеризующих степень деформации и упрочнение стали при калибровании, угол рабочего канала и форму калибрующей зоны волоки.
Практическая ценность и реализация работы в промышленности:
-
Создано программное обеспечение, позволяющее проектировать на ЭВМ технологические режимы производства калиброванной стали с регламентированными параметрами шероховатости поверхности по ГОСТ 1051, ГОСТ 14955.
-
Результаты диссертационной работы использованы на ОАО «Магнитогорский калибровочный завод» при проектировании промышленной технологии производства калиброванной стали по ТУ 14-176-128-2003 с регламентированными параметрами шероховатости поверхности.
-
Разработаны и внесены изменения в технологическую инструкцию ТИ 176-Т-135-05 «Производство проката со специальной отделкой поверхности».
4. Результаты работы использованы при составлении программы
технического развития ООО УК «ММК-МЕТИЗ» на 2004 - 2010 гг. и про-
ведении тендера по закупке метрологического инструментария и оборудования для производства калиброванной стали на ОАО «Магнитогорский калибровочный завод».
5. Полученные в диссертационной работе теоретические и практические результаты используются в учебном процессе ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» при подготовке инженеров по специальностям 200503 - «Стандартизация и сертификация» и 150106 - «Обработка металлов давлением».
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на: Пятом конгрессе прокатчиков (Череповец, 2003 г.); III, IV и V школах - семинарах «Фазовые и структурные превращения в сталях» (Кусимово, Башкортостан, 2003, 2004, 2006 гг.); II Международной научно-технической «Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением» (Тула, 2004 г.), Международной научно-технической «Теория и технология процессов пластической деформации» (Москва, 2004 г. ), IV, V и VI Международных научно-технических конференциях молодых специалистов (Магнитогорск, 2004, 2005, 2006 гг.); Международной научно-технической «Образование через науку» (Москва, 2005 г.), Международной научно-технической «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов» (Санкт-Петербург, 2005 г.); ежегодных научно-технических конференциях МГТУ им. Г.И. Носова в 2002-2006 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, в т. ч. две — в рецензируемых изданиях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 128 наименований, изложена на 121 страницах машинописного текста, иллюстрирована 34 рисунками, содержит 17 таблиц.
