Повышение эффективности процесса резания сталей перлитного и аустенитного класса путем использования предварительного пластического деформирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Крайнев, Дмитрий Вадимович

• Крайнев, Дмитрий Вадимович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Крайнев, Дмитрий Вадимович

Введение.

Глава 1. Обзор литературных данных и постановка задач исследования.

-1.1. Анализ существующих методов повышения обрабатываемости сталей и сплавов и повышения износостойкости инструмента.

1.2. Анализ метода обработки деталей резанием с предварительным пластическим деформированием.

1.3. Постановка задач исследования.

Глава 2. Методика проведения исследования.

2.1. Экспериментальная установка.

2.2. Инструментальные и обрабатываемые материалы.

2.3. Методика применения опережающего пластического деформирования.

2.4. Методика исследования контактных процессов при резании.

Глава 3. Исследование закономерностей пластического деформирования сталей и сплавов.

3.1. Исследование деформированного состояния поверхностного слоя детали.

3.2. Определение режимов предварительного пластического деформирования.

3.3. Выводы.

Глава 4. Особенности процесса резания сталей с предварительным пластическим деформированием.

4.1. Особенности процесса резания сталей перлитного класса с предварительным пластическим деформированием.

4.2. Особенности процесса резания сталей аустенитного класса с предварительным пластическим деформированием.

4.3. Выводы.

Глава 5. Исследование закономерностей износа инструмента и формирования микропрофиля обработанной поверхности при резании с предварительным пластическим деформированием.

5.1. Факторы, влияющие на износостойкость инструмента.

5.2. Закономерности износа инструмента при резании с Предварительным пластическим деформированием.

5.3. Формирование микропрофиля обработанной поверхности с предварительным пластическим деформированием.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности процесса резания сталей перлитного и аустенитного класса путем использования предварительного пластического деформирования»

Повышение требований к эксплуатационной стойкости и надежности деталей машин вызывает необходимость появления новых конструкционных материалов, что, в свою очередь, требует и совершенствования методов их получения, создания и разработки методов повышения эффективности процессов механической обработки, интенсификации процесса резания, повышения стойкости инструмента, производительности производства и качества поверхности обрабатываемых деталей.

Так, вопросами повышения эффективности процесса резания и неразрывно с ним связанной проблемой исследования механизмов и закономерностей контактного взаимодействия инструмента и обрабатываемого материала занимались такие ученые, как Зорев Н. Н., Бобров В. Ф., Резников А. Н., Подураев В. Н, Камалов В. С., Талантов Н. В. и многие другие.

В настоящее время существует значительное количество методик и способов совершенствования операций механической обработки и ее оптимизации, направленных на решение этой задачи.

Необходимость усовершенствования эффективности процессов механической обработки, повышения качества поверхности и точности выпускаемых деталей требует создания новых и совершенствования существующих технологических методов. При этом особое внимание придается методам чистовой обработки, которые наряду с высокой производительностью должны обладать технологической простотой и универсальностью.

Кроме того, современные технологические приемы должны иметь под собой четкую научную и практическую базу, что позволило бы максимально надежно и эффективно использовать возможности механических производств.

В данной работе исследуется способ повышения обрабатываемости сталей аустенитного и перлитного классов путем использования предварительного пластического деформирования при получистовом и чистовом точении.

Данный метод позволяет повысить производительность и качество поверхности обработанных деталей при получистовом и чистовом точении сталей перлитного и аустенитного классов. Способ обладает высокой технологичностью, простотой и универсальностью, что делает возможным его эффективное использование в условиях современного производства.

Цель работы - повышение износостойкости режущего инструмента и качества обработанной поверхности сталей перлитного и аустенитного классов путем использования предварительного пластического деформирования обрабатываемой поверхности.

Для решения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Выяснение характера контактного взаимодействия при резании сталей перлитного и аустенитного классов с предварительным пластическим деформированием.

2. Анализ процесса стружкообразования при различных параметрах предварительного пластического деформирования.

3. Исследование особенностей износа инструмента при резании с предварительным пластическим деформированием.

4. Исследование формирования микропрофиля обрабатываемой поверхности при резании с предварительным пластическим деформированием.

5. Разработка рекомендаций по использованию рациональных режимов обработки при резании сталей перлитного и аустенитного классов с предварительным пластическим деформированием.

Все исследования проводились на твердых сплавах групп ВК и ТК. В качестве обрабатываемых материалов применялись углеродистые стали перлитного класса и жаропрочные нержавеющие стали аустенитного класса.

Исследования, представленные в работе, являются частью проблемы "Исследование физических основ процесса резания и повышение эффективности механической обработки", разрабатываемой на кафедре

Технология машиностроения" Волгоградского государственного технического университета.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Крайнев, Дмитрий Вадимович

Выводы по работе

1. Впервые установлено, что при резании с предварительным пластическим деформированием наблюдается уменьшение размеров участков контактного взаимодействия и, прежде всего, участков деформационного упрочнения и пластического контакта.

2. Установлено, что обработка с предварительным пластическим деформированием приводит к уменьшению температуры в зоне резания.

3. Предварительное пластическое деформирование позволяет снизить величину действующих сил резания.

4. Установлено, что предварительное пластическое деформирование уменьшает неустойчивость процесса резания, соответственно колебания сил резания и температуры в зоне контакта.

5. Установлено, что предварительное пластическое деформирование позволяет снизить износ режущего инструмента и повысить его прогнозируемую размерную стойкость при получистовой и чистовой обработке сталей аустенитного и перлитного класса в среднем на 35-40%.

6. Выполненные исследования подтвердили повышение качества поверхности, так как шероховатость поверхности обработанной с предварительным пластическим деформированием уменьшилась в среднем на 20-25%.

7. Предложены рекомендации по использованию рациональных режимов обработки с целью повышения износостойкости инструмента и качества обработанной поверхности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Крайнев, Дмитрий Вадимович, 2006 год

1. Алехин В. П., Гусев О. В., Милевский JI. С., Шоршоров М. X. Сб. Материалы Всесоюзного Совещания по дефектам структуры в полупроводниках, ч. 1. Ин-т физ. полупроводников СО АН СССР. Новосибирск, 1969, 280.

2. Алехин В. П., Алиев Г. Г., Шоршоров М. X. Физическая и химическая обработка материалов, 1971, 5, 89.

3. Алехин В. П., Гусев О. В., Петров Ю. Н., Трефилов В. И., Шоршоров М. X. Докл. АН СССР, 1969, 188, 2, 326; 1969, 188, 3, 548.

4. Алехин в. П., Гусев О. В., Шоршоров М. X. Физическая и химическая обработка материалов. 1969, 6, 50.

5. Алехин В. П., Шоршоров М. X. Влияние особенностей микропластической деформации вблизи свободной поверхности твердого тела на общую кинетику макропластического течения (обзор). // Физика и химия обработки материалов. 1973. №5. с. 84-101.

6. Алехин В. П., Шоршоров М. X. Сб. Тезисы докладов расширенного семинара по трению, адгезионному взаимодействию и изнашиванию при высоких температурах. М.: Ин-т машиноведения, 1970, 45.

7. Безъязычный В. Ф., Михайлов С. В. Кинематический анализ формирования сливной стружки. // Вестник машиностроения. 2003. №11. с. 48-50.

8. Блохин В. В. Расчет стойкости инструмента с использованием прочностных и деформационных характеристик материала. // Станки и инструменты. 1995. №9. с. 12-13.

9. Бобров В. Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975.-344 с.

10. Быков Ю. М. Исследование закономерностей износа твердосплавного инструмента с износостойким покрытиями с целью повышения его работоспособности. Автореф. дисс. канд. техн. наук, Волгоград, 1993.

11. Ван Флек Л., Теоретическое и прикладное материаловедение. Пер. с англ. М., Атомиздат., 1975. 472 с.

12. Васильев С. В. Предпосылки физической теории резания металлов. // Вестник машиностроения. 1989. №10. с. 45-48.

13. Вильсон A. JL Расчет оптимальных скоростей резания с учетом требований к надежности инструмента. // Станки и инструмент. 1984. №5. с. 29-31.

14. Гилман Дж., Джонстон в. Сб. Дислокации и механические свойства кристаллов. Из-во иностр. лит., 1960. 169 с.

15. Гольдштейн Я. Е., Заславский А. Я. Конструкционные стали повышенной обрабатываемости. М.: Металлургия, 1977.-248 с.

16. Гутер Р.С., Овчинский Б.В. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. М., 1970. 432 с.

17. Дж. Хирт, И. Лоте Теория дислокаций. М.: Атомиздат. 1972. 600 с.

18. Дрозд М. С., Матлин М. М., Сидякин Ю. И. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации. М.: Машиностроение, 1986. -224 с.

19. Дудкин М. Е. Исследование контактных явлений и механизмов износа твердосплавного инструмента при обработке конструкционных сталей. -Автореф. дисс. канд. техн. наук, Тбилиси, 1980. 21 с.

20. Ефимович И. А. Циклический характер напряженно-деформированного состояния режущей части инструмента в процессе резания. // Вестник машиностроения. 2003. №7. с. 48-52.

21. Зорев Н. Н. Влияние природы износа режущего инструмента на зависимость его стойкости от скорости резания. // Вестник машиностроения. 1965. №2. с. 68-75.

22. Зорев Н. Н. Вопросы механики процесса резания металлов. М.: Машгиз. 1956.-368 с.

23. Иванова В. С., Терентьев В. Ф. Природа усталости металлов. М.: Металлургия. 1975.-455 с.

24. Исаев А. И., Анохин В. С. Применение ультразвуковых колебаний при резании металлов. // Вестник машиностроения, 1961, № 5, с. 56-62.

25. Кабалдин Ю. Г. К вопросу об адиабатическом сдвиге элемента стружки при резании. // Вестник машиностроения. 1998. №6. с. 29-35.

26. Кабалдин Ю. Г. Механизмы разрушения твердосплавного инструмента при прерывистом резании. // Вестник машиностроения. 2000. №5. с. 31-35.

27. Кабалдин Ю. Г. Механизмы структурной самоорганизации контактных поверхностей инструмента при резании. // Вестник машиностроения. 1998. №10. с. 23-32.

28. Кабалдин Ю. Г. Повышение устойчивости процесса резания. // Вестник машиностроения. 1991. №6. с. 37-44.

29. Кабалдин Ю. Г. Расчет режущего инструмента на основе структурно-энергетического подхода к его прочности. // Вестник машиностроения. 1993. №9. с. 33-36.

30. Кабалдин Ю. Г. Самоорганизация в процессах трения и смазки при резании. // Вестник машиностроения. 2003. №10. с. 53-59.

31. Кабалдин ю. Г. Семибратова М. В. Нелинейная динамика. Фрактальный подход к изнашиванию и динамической устойчивости трибосистем при резании. // Вестник машиностроения. 2003. №4. с. 54-58.

32. Кабалдин Ю. Г. Солитонный механизм возмущения вибраций в технологических самоорганизующихся системах обработки резанием. // Вестник машиностроения. 2000. №3. с. 31-37.

33. Кабалдин Ю. Г. Структурная самоорганизация контактных поверхностей инструмента и механизмы безызносности при резании. // Вестник машиностроения. 1999. №7. с. 29-31.

34. Кабалдин Ю. Г. Структурно-Энергетический подход к процессу изнашивания режущего инструмента. // Вестник машиностроения. 1990. № 12 с. 62-68

35. Кабалдин Ю. Г., Бурков А. А., Кравченко Е. Г. Физические основы управления процессом завивания стружки в условиях автоматизированного производства. // Вестник машиностроения. 2000. №4. с. 28-33.

36. Кабалдин Ю. Г., Молоканов Б. И., Высоцкий В. В. Расчет износа режущего инструмента на основе структурно-энергетического подхода к его прочности. // Вестник машиностроения. 1993. №9. с. 33-36.

37. Кабалдин Ю. Г., Хромов А. И., Егорова Ю. Г. Жесткопластическая модель процесса резания металлов. // Вестник машиностроения. 1998. №2. с. 19-23

38. Кащев П. Г. Исследования режущего инструмента с рандомизацией факторов. // Станки и инструмент. 1984. №5. с. 23-25.

39. Кащеев В. Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. М.: Машиностроение. 1978.-213 с.

40. Коршунов В. Я. Повышение эксплуатационных свойств машин прогнозированием и технологическим обеспечением физико-механическихпараметров материалов на основе принципов синергетики. // Вестник машиностроения. 2000. №6. с. 48-53.

41. Липатов А. А. Закономерности процесса резания высоколегированных сталей и пути повышения работоспособности инструмента. Автореф. дисс. канд. техн. наук, Волгоград 1987.

42. Лоладзе Т. Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1982. - 320 с.

43. Лоладзе Т. Н. Стружкообразование при резании металлов. М.: Машгиз. 1952.-200 с.

44. Львовский Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб. пособие. М.: Высш. школа, 1982. 224 с.

45. Любвин В. И. Обработка металлов радиальным обжатием. М., Машиностроение, 1975. -248 с.

46. Макаров А. Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976. 278 с.

47. Малинин Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1968.-400 с.

48. Малыгин В. И. Модель напряженно-деформированного состояния режущего элемента сборного инструмента. // Вестник машиностроения. 2000. №2. с. 22-26.

49. Малыгин В. И., Шестаков К. Л. Система управления процессом механической обработки на основе математической модели динамических процессов при резании. // Вестник машиностроения. 1998. №8. с. 22-28.

50. Мартынов Г. А. Токарная обработка с электроконтактным нагревом зоны резания. "Станки и инструмент", 1968, №12, с. 16-17.

51. Матлин М. М., Лебский С. Л., Бабаков А. В. Определение глубины пластически деформированного слоя при упрочняющей обработке деталей цилиндрическими роликами. // Вестник машиностроения. 2002. №10. с. 5355.

52. Мокрицкий Б. Я., Мокрицкая Е. Б. К вопросу об управлении работоспособностью металлорежущего инструмента. // Вестник машиностроения. 1998. № 12. с.40-47

53. Новые процессы деформации металлов и сплавов: Учеб. Пособие для вузов / А.П. Коликов, П.И. Полухин, А.В. Крупин и др. М.:Высш.шк., 1986. -351 с.

54. Нодельман М. О. Определение параметров силовой расчетной схемы резания с параллельными границами зоны стружкообразования. // Вестник машиностроения. 2002. №1. с. 34-38.

55. Петрушин С. И., Корчуганова М. А. Методика проектирования стружколомающих элементов на передней поверхности режущей части инструментов. //Вестник машиностроения. 2000. №6. с. 38-42.

56. Плотников А. Л. Обеспечение надежности определения режимов лезвийной обработки для автоматизированного станочного оборудования на основе оперативной информации о свойствах инструмента и детали. -Автореф. дисс. док-pa техн. наук, Саратов, 2002. 32 с.

57. Плотников А. Л., Таубе А. О. Управление режимами резания на токарных станках с ЧПУ: Монография / Волгоград, гос. техн. ун-т, Волгоград, 2003. -184 с.

58. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин./А. М. Сулима, В. А. Шулов, Ю. Д. Ягодкин. М.: Машиностроение, 1988. - 240 с.

59. Подольский М. А. Оценка эффективности упрочнения деталей динамическими методами ППД на основе энергетического критерия. -Автореф. дисс. канд. техн. наук, Ростов-на-Дону, 2005. 19 с.

60. Подураев В. Н. Обработка резанием с вибрациями. М., Машиностроение, 1970,352 с.

61. Подураев В. Н. Резание труднообрабатываемых материалов. М.: Высшая школа, 1974. - 587 с.

62. Подураев В. Н. Технология физико-химических методов обработки. -М.: Машиностроение, 1985. 264 с.

63. Подураев В. Н., В. В. Закураев, Карякин В. С. Прогнозирование стойкости режущего инструмента. // Вестник машиностроения. 1993. №1. с. 30-36.

64. Подураев В. Н., Камалов В. С. Физико-химические методы обработки. М.: Машиностроение, 1973. 346 с.

65. Подураев В. Н., Касьян С. М. Исследование износа твердосплавного режущего инструмента. // Станки и инструмент. 1984. №5. с. 25-29.

66. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение металлов; Справочник. М.: Машиностроение, 1986. 320 с.

67. Полетика М. Ф. О силах на задней грани резца. Известия Томского политехнического института. Томск. 1974. - с. 84-87.

68. Полянчиков Ю. Н, Черемушников Н. П., Крайнев Д. В. Закономерности пластического деформирования при резании металлов. // Наука -производству. 2005. №1. с. 58-60.

69. Волгоград, 2004. с.45-48. (Сер. Прогрессивные технологии в машиностроении; вып. 1).

70. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Кормилицин С. И., Крайнев Д. В. Процесс резания сталей в широком диапазоне скоростей. // Инструмент и технологии. 2004. № 21-22. с. 109-116.

71. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Крайнев Д. В. Некоторые аспекты теории износа твердосплавного инструмента. // Волжский технологический вестник. 2004. №4. с. 40-41.

72. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Крайнев Д. В., Иванов В. В. Влияние теплопроводности на кинематику зоны относительного застоя. // Волжский технологический вестник. 2004. №1. с. 8-10.

73. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Крайнев Д. В., Иванов В. В., Кумаков А. В. Формирование касательных напряжений при резании сталей. // Вестник Читинского государственного университета. 2004. №33. с. 101105.

74. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Крайнев Д. В., Иванов В. В., Кумаков А. В. Особенности обработки сталей аустенитного класса. // Вестник Читинского государственного университета. 2005. №34. с.12-17.

75. Полянчиков Ю. Н., Черемушников Н. П., Солодков В. А., Крайнев Д. В, Полянчикова М. Ю. Кинематика зоны относительного застоя. // Инструмент и технологии. 2003. №15-16. с. 68-71.

76. Постников B.C. Физика и химия твердого состояния. М., Металлургия, 1978.-544 с.

77. Процессы деформации. Бэкофен В. Массачусетс, Калифорния, 1972. пер. с англ. М.: Металлургия, 1977. 288 с.

78. Режущие инструменты, оснащенные сверх твердыми и керамическими материалами, и их применение: Справочник/ В. П. Жедь, Г. В. Боровский, Я. А. Музыкант, Г. М. Ипполитов. М.: Машиностроение, 1987. 320 с.

79. Резников А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение, 1981. - 279 с.

80. Розенберг А. М., Розенберг О. А. К вопросу о напряженно-деформированном состоянии металла в процессе резания. // Сверхтвердые материалы. 1988. №5. с. 41-49.

81. Розенберг А. М., Розенберг О. А. Расчет сил при резании пластичных материалов. // Сверхтвердые материалы. 1987. №4. с. 48-54.

82. Розенберг Ю. А. Создание нормативов по определению сил резания с использованием теоретических зависимостей процесса резания. // Вестник машиностроения. 2000. №9. с. 35-40.

83. Рыкалин Н. Н., Углов А. А. Развитие теплофизических основ технологических процессов. // Физика и химия обработки материалов. 1981. №1.с. 7-18.

84. Сгибнев А. В., Бойчев А. И., Ползикова Т. В. Экспресс-метод оценки надежности инструмента на операциях механической обработки. // Вестник машиностроения. 1991. №12. с. 43-44.

85. Сидоренко л. С. Математическое моделирование физических явлений процесса резания металлов на основе законов реологии. // Вестник машиностроения. 2000. №7. с. 40-45.

86. Сидоренко JI. С. Расчет параметров лунки износа на передней поверхности инструмента при резании углеродистых сталей. // Вестник машиностроения. 2003. №2. с. 39-44.

87. Смирнов Б. И. Сб. Прочность и надежность металлов и сплавов 2. Лен. дом научно-техн. пропаганды (под ред. Васильева). 1965. 77.

88. Смирнов Б. И., Ефимов Б. А. Кристаллография. 1965. 4. 323.

89. Смирнов Б. И., Патрикеев Ю. И. Физика твердого тела. 1965. 7.1649.

90. Смирнов-Аляев Г. А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. 3-е изд., перераб., и доп., JI.: Машиностроение, Ленингр., отд-ние, 1978. 368 с.

91. Справочник по технологии резания материалов. В 2-х кн., кн. 2/Под ред. Г. Шпура, Т. Штеферле; Пер. с нем. Под ред. Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1985. 688 с.

92. Станчук Э. А. Повышение стойкости режущего инструмента путем применения цианирующих СОЖ. / "Технология и организация производства", 1967, №5, с. 12-16.

93. Старков В. К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. М., Машиностроение, 1989. -296 с.

94. Старков В. К. Дислокационные представления о резании металлов. М.: Машиностроение, 1979. - 160 с.

95. Старков В. К. Обработка резанием. Управление стабильностью и качеством в автоматизированном производстве. М.: Машиностроение, 1989.-296 с.

96. Судзуки Т. Сб. Дислокации и механические свойства кристаллов. Из-во иностр. лит., 1960. 151 с.

97. Талантов Н. В. Физические основы процесса резания, изнашивания и разрушения инструмента. М.: Машиностроение, 1992. - 240 с.

98. Технология обработки конструкционных материалов: Учеб. Для машиност. спец. вузов/ П.Г. Петруха, А.И.Марков, П.Д. Беспахотный и др.; Под ред.П.Г. Петрухи. М.: Высш. шк., 1991.-512 с.

99. Трент Е. М. Резание металлов. М.: Машиностроение, 1980. 263 с.

100. Устройство для получения корня стружки / Талантов Н. В., А. Е. Магид, М. Е. Дудкин, А. А. Липатов. / Авт.свид. СССР № 1079366. БИ, 1984. №10.

101. Чалмерс Б., Девис Р. Сб. Дислокации и механические свойства кристаллов. Из-во иностр. лит., 1960. 169 с.

102. Черемушников Н. П. Исследование процесса пластического деформирования и его неустойчивости при резании металлов. Автореф. дисс. канд. техн. наук, Саратов, 1980.-22 с.

103. ИЗ. Черменский О. Н. Методика расчета усилия резания стали на основе теории пластичности. // Вестник машиностроения. 2000. №11. с. 41-43.

104. Шашок А. В. Оценка надежности функционирования режущего инструмента на операциях токарной обработки. // Вестник машиностроения. 2002. №9. с. 60-63.

105. Элементы численного анализа и математической обработки результатов опыта. Р. С. Гутер, Б. В. Овчинский. М.: Наук. 1970. 432 с.

106. Adams М. A. Acta Met., 1958. 6. 327.

107. Gijman J. J. Phil. Mag., 1961, 159.

108. Karashima S., Prummer R., Macherauch E. Materialpruf. 1968. 10. 262.

109. Kimura., Maddin R., Kimura H. Acta Met., 1964. 12, 10,1167.

110. Kitajima S., Oasa H., Kaeda H . Trans. JIM. 1967, 8. 185.

111. Kitajima S., Tanaka H., Kaeda H . Trans. JIM. 1968, 10, 12$ 1969, 10.

112. Kolb K., Macherauch E. Phil. Mag.,' 1962, 7, 415.Sumino K. J. Phys. Soc. Japan, 1962, 17,3,454.

113. Kramer I. R. Trans. AIME, 1965, 233. 1462.

114. Kramer I. R., Kumar A. Scripta Metall., 1969. 3. 4. 205.

115. Sumino K., Yamamoto M. J. Phys. Soc. Japan. 1961.