Повышение стойкости режущих инструментов с износостойким покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием




Скачать 38,53 Kb.
НазваниеПовышение стойкости режущих инструментов с износостойким покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием
страница1/2
Дата03.02.2016
Размер38,53 Kb.
ТипАвтореферат
  1   2


На правах рукописи


Тихонов Денис Александрович


ПОВЫШЕНИЕ СТОЙКОСТИ РЕЖУЩИХ ИНСТРУМЕНТОВ

С ИЗНОСОСТОЙКИМ ПОКРЫТИЕМ ПУТЕМ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ИХ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ АЛМАЗНЫМ ВЫГЛАЖИВАНИЕМ


Специальность 05.03.01 – Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки


АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук


Саратов 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Саратовский государственный технический университет»



Научный руководитель

- доктор технических наук, профессор


Барац Яков Ильич



Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор Мартынов Владимир Васильевич


- кандидат технических наук

Тародей Владимир Александрович



Ведущая организация

- ОАО ЭОКБ «СИГНАЛ» им. А.И. Глухарева



Защита состоится 1 июля 2009 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, корп.1, ауд. 414.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета.


Автореферат разослан « 29 » мая 2009 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета А.А. Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ



Актуальность темы. Повышение стойкости и прочности режущих инструментов, которые в значительной степени определяются физико-механическими свойствами рабочих поверхностей, всегда является актуальной задачей, поскольку они определяют производительность механической обработки, точность размеров и геометрической формы обрабатываемых изделий.

Для повышения стойкости режущих инструментов из инструментальных сталей широкое распространение получил метод нанесения ионно-плазменных покрытий нитридов переходных металлов, в частности тонкие пленочные титано-нитридные (TiN) покрытия, обладающие своеобразными механическими и физическими свойствами (высокая твердость, абразивная стойкость, тугоплавкость и т.д.), нанесенные на рабочую поверхность режущего инструмента, значительно увеличивают его стойкость. Вместе с тем при нанесении покрытия существенным изменениям подвергается исходная шероховатость поверхности. Прочность напыленных покрытий на порядок ниже прочности соответствующих металлов, что объясняется пониженной плотностью и высокой пористостью нанесенного слоя. Вследствие больших растягивающих напряжений покрытия склонны к самопроизвольному отслаиванию, что в комплексе отрицательно сказывается на эффективности работы износостойкого слоя и на стойкости режущего инструмента.

Одним из наиболее эффективных методов снижения шероховатости и повышения плотности поверхностного слоя является обработка поверхностно- пластическим деформированием (ППД) и, в частности, процесс алмазного выглаживания (АВ). Применение АВ в качестве финишной обработки рабочих поверхностей режущих инструментов позволит снизить шероховатость исходной поверхности, повысить прочность поверхностного слоя за счет повышения плотности и снижения пористости износостойкого покрытия, а также создать сжимающие остаточные напряжения, что приводит к повышению стойкости круглых резцов в 2,5 раза.

Исследования алмазного выглаживания металлопокрытий проводились Л.А. Хворостухиным и Я.К. Яценко, но в данных работах не рассмотрен вопрос обработки рабочих поверхностей режущих инструментов с ионно-плазменным титано-нитридным покрытием и, в частности, тепловой напряженности процесса, определяющей производительность.

Поэтому разработка и исследование процесса алмазного выглаживания, обеспечивающего повышение стойкости и качества, является актуальной задачей, как для теории, так и для практики этого процесса.

Методы и средства исследований. Теоретические исследования процесса выполнены с использованием научных основ технологии машиностроения, теплофизики, теории пластической деформации, теории вероятности, методов планирования экспериментов, методов моделирования на ЭВМ. Экспериментальные исследования выполнялись с использованием аппаратуры: профилографа-профилометра «Калибр», дифрактометра Дрон-3, микротвердомера ПМТ-3, аналого-цифрового преобразователя LA2-14USB2.0.

Цель работы – повышение стойкости металлорежущих инструментов из инструментальных сталей с титано-нитридным покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием.

Научная новизна работы:

  • на основании анализа закономерностей формирования поверхности и упрочнения износостойкого слоя разработан технологический процесс алмазного выглаживания инструментов с износостойким покрытием, обеспечивающий повышение стойкости круглых резцов за счет высокой степени отделки и упрочнения их рабочих поверхностей;

  • получена математическая модель тепловой напряженности процесса от параметров алмазного выглаживания, адекватно отражающая реальные условия обработки;

  • разработана методика экспериментального исследования теплового поля при алмазном выглаживании, которая позволила измерить температуру непосредственно в зоне контактирования алмазного инструмента с изделием;

  • разработана математическая модель многопараметрической оптимизации режимов упрочнения по комплексному критерию качества, учитывающая основные технические ограничения при обработке инструментальных сталей с TiN покрытием алмазным выглаживанием.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

  • разработан станок-полуавтомат для заточки и доводки алмазного выглаживающего инструмента, который позволяет придавать алмазному инструменту сферическую, цилиндрическую и тороидальную форму рабочей поверхности;

  • в результате теоретических и экспериментальных исследований процесса АВ металлорежущих инструментов с TiN покрытием выявлено снижение интенсивности износа круглых резцов на 25-35%;

  • разработана программа многопараметрической оптимизации технологических параметров процесса на ЭВМ с использованием программного продукта Excel на языке программирования VBA;

  • предложен технологический процесс обработки АВ инструментов с износостойким покрытием, который внедрен на ООО «Ремонт и модернизация станков» (г. Энгельс), при нарезании ходовых винтов металлорежущего оборудования круглыми резцами с титано-нитридным покрытием, упрочненных алмазным выглаживанием, что подтверждается актом внедрения.

Апробация работы. Основные научные положения диссертации опубликованы в материалах Международной научно-технической конференции «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» (Тольятти, 2005); на конференциях молодых ученых СГТУ «Молодые ученые – науке и производству» (Саратов, 2007-2008); на II Международной научно-технической конференции «Теплофизические и техно-логические аспекты управления качеством в машиностроении» (Тольятти, 2008).

Основные научные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях в Технологическом институте СГТУ в 2005-2008 г. и на кафедре «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении» СГТУ в 2009 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 149 страницах машинописного текста, содержит 72 рисунка и 17 таблиц. Она состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 103 наименований и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и научная новизна, решаемые задачи, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ современного состояния технологии финишной обработки АВ изделий с покрытием и отмечена перспективность его применения. Рассмотрены перспективные методы комбинированного упрочнения поверхностного слоя с износостойким покрытием, а также методы нанесения и основные характеристики износостойких покрытий. Указаны преимущества и недостатки.

Приведенный обзор исследований в области процессов отделочно-упрочняющей обработки алмазным выглаживанием Папшева Д.Д., Кудрявцева И.В., Шнейдера Ю.Г., Бараца Я.И., Торбило В.М., Смелянского В.М., Хворостухин Л. А., Яценко В.К. и других авторов показал, что исключительные эксплуатационные свойства изделий при обработке алмазным выглаживанием, достигаются высоким качеством обработанной поверхности, повышенной опорной способностью за счет округлой формы микронеровностей, упрочнением поверхностного слоя и образованием в нем сжимающих остаточных напряжений. Также ими отмечается, что алмазное выглаживание является эффективным высокопроизводительным методом обработки деталей и режущего инструмента. В рассмотренных работах не приводятся сведения об обработке рабочих поверхностей режущих инструментов с износостойким покрытием данным способом.

Для более широкого использования процесса алмазного выглаживания инструментов с покрытием необходимы теоретические и экспериментальные исследования влияния режимов и параметров данного процесса на качество и стойкость режущего инструмента с износостойким покрытием. С учетом вышеизложенных положений сформулированы основные задачи исследования:

  1. Исследовать возможность ведения поверхностно-пластического деформирования инструментов с титано-нитридным покрытием и влияние режимов и параметров алмазного выглаживания на качество обработки.

  2. Исследовать влияние тепловой напряженности алмазного выглаживания на процесс поверхностно-пластического деформирования.

  3. Разработать методику экспериментального исследования процесса ППД инструментов с покрытием.

  4. Исследовать эксплуатационные свойства режущих инструментов с TiN покрытием после отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей.

  5. Разработать математическую модель оптимальных режимов обработки поверхностно-пластическим деформированием.

Во второй главе приводятся методика и экспериментальные исследования качества отделочно-упрочняющей обработки инструментальных сталей c TiN покрытием алмазным выглаживанием.

В методике проводимых экспериментальных исследований описаны объекты и средства исследования, методика измерений и обработки экспериментальных данных.

Для исследования применялись круглые резцы диаметром 50 мм из быстрорежущей стали марок Р18, Р9М5 (НRС 64….66) c износостойким TiN покрытием с исходной шероховатостью 0,38 мкм по шкале Ra.

Обработка образцов проводилась на токарном станке модели 16К20М алмазным выглаживающим инструментом (АВИ) с радиусом рабочей поверхности 1,0; 1,5 и 2,0 мм. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) использовалось масло «Индустриальное 20». Шероховатость исходной и упрочненной поверхности измерялась на профилографе-профилометре завода «Калибр». Обработка рабочих поверхностей образцов производилась с помощью специального приспособления, позволяющего вести АВ цилиндрических и фасонных поверхностей с постоянным значением радиальной силы. Исследование поверхности после выглаживания алмазными инструментами показало, что быстрорежущие стали, закаленные до высокой твердости с TiN покрытием, хорошо поддаются поверхностному пластическому деформированию, снижается пористость покрытия, шероховатость поверхности, упрочняется поверхностный слой, возникают сжимающие остаточные напряжения.

На рис.1 приведена профилограмма шероховатости обработанной и исходной поверхностей образцов с TiN покрытием. На профилограмме отчетливо видны, исходные шероховатости (участок 1), участок поверхности после алмазного выглаживания (участок 2) и переходная зона от исходной поверхности до поверхности после выглаживания (участок 3).



Рис 1. Профилограммы поверхностей образцов с TiN покрытием, обработанных алмазным выглаживанием:

1 – исходная поверхность до алмазного выглаживания; 2 – поверхность после алмазного выглаживания; 3 – переходный участок


Зависимость высоты микронеровностей от радиальной силы приведены на рис. 2. Как видно из графика, значительное снижение исходной шероховатости (0,4 мкм) достигается при радиальной силе 160-200 Н.

Большое влияние на снижение шероховатости обрабатываемой поверхности оказывает величина подачи (рис. 3.). При значении подачи 0,2 мм/об достигается наибольшее снижение шероховатости. Дальнейшее снижение величины подачи не оказывает влияния на шероховатость.

Исследования микротвердости показывают, что наибольшее упрочнение достигается на поверхности образцов. По мере удаления от поверхности значение микротвердости снижается.





Рис. 2. Зависимость высоты микронеровностей Ra от радиальной силы Рy (R=1 мм; S= 0,05 мм/об): 1 – для стали Р18 с покрытием TiN; 2 – для стали Р6М5 с покрытием TiN


Рис. 3. Зависимость высоты микронеровностей Ra от подачи S (сталь Р18 с TiN покрытием: R=1 мм; Рy=180 Н; V=20 м/мин исходная шероховатость Ra=0,38 мкм)
















Рис. 4 Влияние радиальной силы Рy на микротвердость Нμ на расстоянии от поверхности z при алмазном выглаживании стали Р18 с покрытием TiN (V= 20 м/мин; Ѕ= 0,05 мм/об; R =1 мм): 1 – исходный не упрочненный образец; 2 – упрочненный с Рy=50 Н; 3 – упрочненный с Рy=100 Н; 4–упрочненный с Рy=175 Н; 5 – упрочненный с Рy=225 Н; 6 – упрочненный с Рy=275 Н.
Измерение микротвердости производилось на приборе ПМТ-3. Как видно из рис. 4, после достижения наибольшей микротвердости способность поверхностных слоев к упрочнению исчерпывается. Дальнейшее упрочнение с увеличением радиального усилия происходит за счет повышения твердости нижележащих слоев металла.

В результате алмазного выглажи-вания инструментальной стали с TiN покрытием в поверхностном слое возникают остаточные напряжения. Как известно, знак и величина остаточных напряжений оказывают существенное влияние на эксплуатационные свойства изделий. Измерение уровня остаточных напряжений на поверхности проводи-лись на дифрактометре Дрон-3. Для определения остаточных напряжений и характера изменения их в поверхностном слое изделия использован метод, описанный Миркиным Л. И.

В результате исследования остаточных напряжений получен график изменения остаточных напряжений от радиальной силы P для разных фаз, представленный на рис. 5, приведены изменения уровня остаточных напряжений на поверхности покрытия и поверхности подложки. Характер и динамика изменения остаточных напряжений дают возможность говорить о росте сжимающих остаточных напряжений на поверхности подложки и снижении уровня растягивающих напряжений на поверхности износостойкого TiN покрытия.

Пористость покрытий – один из самых серьезных недостатков, ухудшающих свойства износостойких покрытий, поэтому очень важно исследовать пористость покрытия до и после финишной обработки алмазным выглаживанием.




Рис 5. График зависимости остаточных напряжений на поверхности от радиальной силы Р: 1) для фазы TiN; 2) для фазы α-Fe; 3) для фазы Ti2N
Применяемые в настоящее время методы выявления пор заключается в использовании реагентов, дающих окрашенные соединения с ионами основного металла или металла подслоя. , мПа

Пористость покрытия до и после выглаживания измерялись по специальной методике, в соответствии с которой образцы, смоченные раствором, выдерживали 5 мин при температуре 18-30 ºС, после чего на исследуемой поверхности с помощью микроскопа подсчитывали число окрашенных точек, которое соответствовало числу пор в покрытии на данном участке. По результатам подсчета пор рассчитывалось среднее число пор на единицу поверхности.




Рис. 6. Зависимость пористости TiN покрытия N от радиального усилия Р
Зависимость пористости в едини-цах Nмм-2 от радиальной силы показана на рис. 6. Как видно из рисунка, наибольшее снижение пористости соответствует таким значениям ради-альной силы, при которых достигается наименьшая шероховатость. На рис. 7 приведены фотографии характерных участков поверхности образца х300.

Алмазное выглаживание зака-ленной до высокой твердости быстрорежущей стали с износостойким покрытием TiN позволяет существенно повысить качество обрабатываемой поверхности: снизить шероховатость с 1,48 до 0,24 мкм по шкале Rz и придать округлую форму поперечного профиля микронеровностей; упрочнить поверхностный слой, покрытие до 2000 , основа Р18 до 1450 и в нем возникают сжимающие остаточные напряжения; снизить пористость покрытия и повысить его плотность.







1

2

3

Рис 7. Фотографии поверхности с различной пористостью на покрытии при АВ

с радиальной силой:

1 – исходное покрытие до обработки алмазным выглаживанием;

2 – пористость покрытия при Р=175Н;3 – пористость покрытия при Р=275Н

Третья глава посвящена аналитическому исследованию тепловой напряженности процесса АВ детали с TiN покрытием, которое рассматривается как одно из технологических ограничений при расчете оптимальных режимов алмазного выглаживания.

Использование процессов ППД, особенно алмазными инструментами, показывает, что основные технологические характеристики качества, а также износостойкость инструментов зависят от тепловой напряженности в очаге деформации и контактных температур. Тепловой фактор является основной причиной снижения прочности и износоустойчивости АВИ и износостойкого покрытия, так как алмаз теряет свои свойства как инструментальный материал уже при температуре 700–800С, а тонкое пленочное покрытие нитрида титана при температуре 550-600С. Поэтому тепловая напряженность процесса, с которой непосредственно связано формирование физико-механических свойств упрочненной поверхности, определяет и производительность обработки.

При аналитическом исследовании теплофизическая задача решалась методами источников тепла. Для этого определялось температурное поле в обрабатываемой детали, и температурное поле в инструменте. Температуры в общих точках контактирования изделия с инструментом сравнивались.

В результате аналитического исследования получены соотношения в виде равенства контактных температур в одноименной точке, но рассчитанные отдельно со стороны изделия и инструмента. Другое уравнение определялось в форме баланса между общим количеством теплоты, выделившимся в очаге деформации и количеством теплоты, расходуемой на нагрев детали и инструмента.

Для расчета температуры в центре контакта АВИ с изделием Я.И. Барац получена формула:

, (1)

где qи– мощность точечного источника, Дж/с; lи–коэффициент теплопроводности материала АВИ, Вт/м°С; - коэффициент; kl, kb–коэффициенты характеризующие интенсивность тепловыделения.

Температурный режим в обрабатываемой детали для центральной части контакта в случае неустановившегося процесса:

, (2)

где q0 – максимальная интенсивность тепловыделения, Вт/м3; w – коэффициент температуропроводности, м2/с; t, tи – время обработки, с; сr – объемная теплоемкость, Дж/м3°С; V – скорость быстродвижущегося точечного источника, м/с.

Поскольку для изделия теплоисточник является нормально-сферическим, то его общая тепловая мощность может быть представлена как

. (3)

Для инструмента источник является нормально-круговым и его тепловая мощность определится как

. (4)

Общая тепловая мощность процесса:

. (5)

Получено, соотношение для определения тангенциальной составляющей радиальной силы:

,

где - предел прочности материала на сдвиг; - отношение коэффициентов трения покрытия и основы; - коэффициент твердости обрабатываемого материала находится в диапазоне 0,45...0,55.

Известно, что радиус отпечатка при силовом взаимодействии двух сферических тел определяется по формуле:

,

где P – радиальная сила при обработке, Н; ru – радиус индентора, м; E1, E2 – модули упругости соответственно материала инструмента и материала обрабатываемой детали; 1,2 – коэффициенты Пуассона соответственно материалов инструмента и детали.

Система уравнений в балансовой задаче представлена соотношениями:

(6)

где ; .

В результате решения системы (6) было получено, что

; ,

где: .

Результаты расчета выполнены численным методом Чебышева на языке программирования Турбо Бейсик. Анализ полученных зависимостей показывает, что при используемых на практике параметрах обработки ППД определяющее влияние на контактные температуры оказывают скорость обработки и коэффициент сосредоточенности источника теплоты: при увеличении скорости или коэффициента сосредоточенности температура резко возрастает (рис. 8). Увеличение радиальной силы при алмазном выглаживании также приводит к увеличению контактных температур (рис.9).

Несколько иная картина наблюдается при исследовании влияния различных условий на отток тепла в деталь: при увеличении коэффициента сосредоточенности отток тепла в деталь уменьшается, а при увеличении скорости – увеличивается (рис. 8). Рассмотрение процесса обработки во времени позволило установить, что на время стабилизации теплообмена влияет только скорость движения теплоисточника, а коэффициент сосредоточенности определяет лишь величину контактных температур. При этом время установившегося процесса не превышает 0,0008 с для скорости обработки 20 м/мин.





Рис. 8. Зависимость температуры в центре контакта Q от скорости источника

(сталь Р18 с покрытием TiN; R=1мм; P=175Н; S=0,05мм/об; k=8)

Рис 9. Зависимость максимальной температуры в контакте Q от радиальной силы Р (сталь Р18 с покрытием TiN R=1мм; V=100м/мин; S=0,05мм/об)

В ходе исследования была построена математическая модель процесса ППД, описывающая развитие тепловых явлений во времени, что позволило определить основные параметры теплосиловой обстановки контактной зоны в условиях нестационарного и стационарного теплообмена. Результаты исследования тепловой напряженности и баланса теплоты процесса позволили создать программу расчета на ЭВМ для основных теплофизических параметров обработки, что позволит упростить оптимизацию режимов технологического процесса ППД.

В четвертой главе приводится экспериментальное исследование тепловой напряженности процесса алмазного выглаживания круглых резцов с износостойким нитридным покрытием.

Реальные условия протекания процессов теплопроводности при обработке методами ППД протекают значительно сложнее. Поэтому необходимо провести экспериментальную проверку результатов теоретического исследования с целью проведения анализа адекватности математической модели реальным теплофизическим параметрам зоны обработки. При этом методика проведения эксперимента должна быть построена таким образом, чтобы учесть как можно больше различных факторов, влияющих на уровень контактных температур. Также необходимо принять во внимание, что наиболее важным параметром является максимальная температура в зоне контакта, следовательно проверку математической модели на соответствие реальному процессу следует выполнять именно по максимальной величине контактных температур.

Для нахождения максимальной температуры в контакте при обработке (АВ) круглого резца с износостойким покрытием был использован метод полуискусственной термопары.

Для реализации этой цели в условиях ППД был разработан новый способ градуировки полуискусственной микротермопары, при котором зависимость термо-ЭДС от температуры ее горячего спая определялась непосредственно в процессе упрочняющей обработки путем сопоставления термо-ЭДС зарегистрированной микротермопарой изделие-электрод и средней термо-ЭДС в контакте, измеренной термопарой изделие-АВИ (рис.10). Приведена методика динамической градуировки полуискусственной микротермопары.



Рис 10. Схема к расчету данных для градуировки полуискусственной термопары






а

б

Рис 11. Зависимость максимальной температуры в контакте при отделочно-упрочняющей обработке быстрорежущей стали с TiN покрытием алмазным выглаживанием: а – от радиального усилия Р (R=1 мм; V=100 м/мин; S=0,05 мм/об); б – от скорости главного движения (Р=175 Н; S=0,05 мм/об; R=1 мм)
Зависимость максимальной температуры на поверхности соприкосновения инструмента с изделием для различных условий отделочно-упрочняющей обработки показана графиками на рис. 11. На графике приведены контактные температуры, полученные в результате обработки экспериментальных данных при соответствующих режимах ППД. Проведенные исследования позволили определить величину максимальных контактных температур и характер их изменения в зависимости от скорости обработки и радиальной силы Р. При этом доверительный интервал экспериментального определения температур составил 20°С с надежностью p=0,95.

Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных показал, что их максимальное отличие составляет не более 10%. Следует отметить хорошее качественное совпадение результатов, поскольку графики на (рис. 11,б) эквидистантны друг другу во всем диапазоне изменения радиальной силы. Кроме того, новая математическая модель процесса ППД хорошо согласуется с экспериментальными исследованиями температуры в зоне контакта инструмента и детали, проведенными другими авторами.

В пятой главе содержит методику и расчет оптимальных режимов обработки алмазным выглаживанием круглых резцов с износостойким покрытием. Приведены исследования стойкости упрочненных круглых резцов с титано-нитридным покрытием по критерию износостойкости, а также даны рекомендации по расширению практического использования данного способа обработки.

На основе данных, полученных при аналитическом и экспериментальном исследовании тепловой напряженности процесса и экспериментального исследования качества обработки, предложена модель многокритериальной оптимизации режимов упрочнения по комплексному критерию качества алмазного выглаживания рабочих поверхностей круглых резцов с износостойким TiN покрытием. Многокритериальная оптимизация дает возможность оптимизации одновременно по нескольким показателям (шероховатости, степени упрочнения, остаточным напряжениям, производительности, технологической себестоимости и др.), что повышает эффективность обработки ППД алмазным выглаживанием.

Комплексный критерий запишется в виде:

(7)

где - параметры весомости, причем



Числовое значение параметров весомости определялись по следующим формулам:

, (8)

Относительные единичные показатели качества определялись из условия, что их изменение по i-свойству при изменении абсолютного значения показателя pi пропорционально его отклонению от эталонно­го (базового) значения piб и рассчитывались по формуле:

(9)

На управляющие параметры накладываются параметрические огра­ничения типа

. (11)

Кроме того, на единичные показатели качества дополнительно на­кладываются функциональные ограничения:

, (12)

где - допускаемые значения единичных показателей качества поверхностного слоя.

Задача многокритериальной многопараметрической оптимизации процесса ППД алмазным выглаживанием формулируется в следующем виде: требуется найти режимы обработки, удовлетворяющие условиям (11), (12), при которых приводится к максимуму выражение целевой функции (7). Решение задачи многокритериальной оптимизации с применением комплексного критерия осуществлялось с максимизацией целевой функции по комплексному методу Бокса, который является модификацией симплексного метода Нелдера – Мида.

В результате решения задачи оптимизации составлена программа, представляющая собой макрос на VBA под Microsoft Excel и вычислен оптимальный режим обработки круглых резцов с износостойким покрытием алмазным выглаживанием (V=95 м/мин, S=0,09 мм/об, Р=185 Н).

Для восстановления изношенной поверхности, т.е. заточки и доводки алмазного выглаживающего инструмента было разработан станок полуавтомат, которое позволяет придавать алмазному выглаживающему инструменту сферическую, цилиндрическую и тороидальную форму рабочей поверхности. Данное устройство позволяет вести полуавтоматический цикл обработки, простое в наладке и удобное в эксплуатации. Относительная несложность и технологичность конструкции позволяет изготовить его на любом машиностроительном предприятии.

Исследование износостойкости круглых резцов, упрочненных АВ на оптимальных режимах обработки проверялось на токарном станке модели 16К20М. Опыты проводились с исследованием износоустойчивости круглых резцов по задней поверхности. В эксперименте использовались круглые резцы из быстрорежущей стали после шлифования Ra=0,16 мкм, шлифованные круглые резцы после алмазного выглаживания Ra=0,08 мкм, круглые резцы шлифованные с TiN покрытием Ra=0,38 мкм, и круглые резцы с TiN покрытием, упрочненные алмазным выглаживанием на оптимальных режимах Ra=0,1 мкм. Заточка резцов производилась после обработки задней поверхности. Передний угол γ круглого резца во всех случаях составлял 15º. Резцы устанавливались в приспособление, которое крепилось в резцедержателе станка. В качестве обрабатываемой детали использовался вал диаметром 50 мм из конструкционной стали 45. Обработка заготовки велась на следующих режимах: скорость резания 40 м/мин, подача 0,025 мм/об. Величина износа – длина изношенного участка задней поверхности W, измерялась с помощью микроскопа, погрешность измерения которого составляла 1,72 мкм. Результаты исследования величины износа W от пути L, пройденного резцом, приведены на рисунке 12.


Рис. 12. Износ задней поверхности резца W в зависимости от пути резания L: 1 – шлифованные круглые резцы из быстрорежущей стали Р18; 2 – круглые резцы, упрочненные алмазным выглаживанием после шлифования; 3 – круглые резцы, покрытые износостойким нитридным покрытием; 4 – круглые резцы, покрытые износостойким TiN покрытием и обработанные алмазным выглаживанием


Из кривых износа следует, что на стадии приработки резцы, обработанные алмазным выглаживанием, имеют меньшую величину износа. Снижение величины износа на стадии приработки достигается за счет более высокой степени отделки, упрочнения и снижения пористости покрытия после алмазного выглаживания. Исследования износостойкости показывают, что алмазное выглаживание позволяет снизить величину износа приработки и тем самым повысить стойкость круглых резцов с TiN покрытием в 2-2,5 раза.

В настоящее время предложенный технологический процесс внедрен в ООО «РМС» при нарезании ходовых винтов металлорежущего оборудования круглыми резцами с титано-нитридным покрытием, упрочненными алмазным выглаживанием, что подтверждается актом внедрения. Экономический эффект от внедрения составил от 500 до 8000 руб. на один ходовой винт в зависимости от размеров и характеристик точности.

  1   2

Похожие:

Повышение стойкости режущих инструментов с износостойким покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием iconПовышение стойкости режущих инструментов улучшением качества их поверхностей и режущих кромок (статья)

Повышение стойкости режущих инструментов с износостойким покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием iconКурсовая работа Расчет и проектирование металлорежущего инструмента
Для обработки деталей в машиностроении используется большое разнообразие режущих инструментов
Повышение стойкости режущих инструментов с износостойким покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием iconПовышение эффективности процесса резания путём применения инстумента с наноструктуным покрытием

Повышение стойкости режущих инструментов с износостойким покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием iconЕдиный тарифно-квалификационный справочник работ и профессий рабочих (выпуск 59) Раздел Общие положения
«Производство клавишных инструментов», «Производство смычковых инструментов», «Производство щипковых инструментов», «Производство...
Повышение стойкости режущих инструментов с износостойким покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием iconПовышение износостойкости поверхностей деталей машин путем нанесения регулярного микрорельефа

Повышение стойкости режущих инструментов с износостойким покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием iconСеместр (семестры) 8 Экзамен 8 семестр Вопросы
Основные задачи, решаемые методом сапр при проектировании и расчёте режущих инструментов
Повышение стойкости режущих инструментов с износостойким покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием iconУправление качеством обработки поверхностей
Приводятся понятия технологической гибкости и технологической устойчивости процессов обработки. Анализируется их влияние на качество...
Повышение стойкости режущих инструментов с износостойким покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием iconВозможности комбинирования методов поверхностного пластического деформирования деталей машин
Проведен сравнительный анализ существующих методов поверхностного пластического деформирования. Выявлены возможности комбинирования...
Повышение стойкости режущих инструментов с износостойким покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием iconПовышение эффективности хонингования сферических поверхностей деталей из нержавеющих сталей
Охватывают обрабатываемую поверхность (рис. 6)
Повышение стойкости режущих инструментов с износостойким покрытием путем отделочно-упрочняющей обработки их рабочих поверхностей алмазным выглаживанием iconУчебники > Дополнительная литература
Обеспечивает безопасное состояние рабочих мест, оборудования приборов, инструментов, спортивного инвентаря и т д
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница