123645 (717249), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Приведений аналітичний огляд наукових праць свідчить про перспективність МОТЗ на основі полімерів і дозволив сформулювати мету, і задачі досліджень.

У другому розділі на основі аналізу відомої математичної моделі процесу різання отримана загальна формула для визначення швидкості різання з урахуванням фактора МОТЗ

, (1)

де – збільшена швидкість різання, яка забезпечує необхідну (зменшену до базового рівня) стійкість ріжучого інструменту, м/хв; , , , , – коефіцієнти; , – глибина різання (мм) і подача (мм/об); – коефіцієнт технологічної ефективності МОТЗ, який ураховує її вплив на режими різання, . Причому

, (2)

де , – новий (із застосуванням нового МОТЗ) і базовий (із застосуванням базового МОТЗ) періоди стійкості різального інструменту.

Надається методика визначення коефіцієнта із порівняння кривих зносу для базового (традиційного) и розробленого (нового) МОТЗ.

Обґрунтовано вибір сталей для дослідження, які використовуються як оброблюваний матеріал при виготовленні типових деталей сільськогосподарського машинобудування. Наведено методи досліджень та прилади. Автором запропонована гіпотеза, за якою стверджується, що при обробці деталей з полімерними МОТЗ у зоні обробки (під дією підвищеної температури) полімерна компонента МОТЗ підлягає деструкції і на кінцевої стадії процесу утворюється газова система, у якій протікають плазмохімічні процеси.

Для експериментального визначення впливу цього явища на характеристики механічної обробки розроблено й виготовлено вакуумну гермокамеру (рис.1), в якій відбувалося точіння та свердління зразків у різних середовищах.

4

3

7

2

5

1

6

Рис. 1. Зовнішній вигляд гермокамери: 1 – фланець кріплення для вводу руху верстату; 2 – фланець кріплення для установки тензометричного блоку; 3 – оглядове вікно; 4 – штуцер для вакуумної установки; 5 – шпиндель; 6 – штуцер для відводу газів; 7 – тензометричний блок.

В цих експериментах, контроль та заточення інструменту здійснювали за відомими стандартами. Знос різального інструменту вимірювали на інструментальному мікроскопі МІМ-2. За допомогою мікроскопу також виконувався контроль заточення свердла. Затуплення різця визначали за найбільш зношеними ділянками задніх поверхонь інструменту, а за критерій затуплення свердла приймався знос (0,4…0,8 мм) задньої грані. За такий же спосіб проводили оцінку зносу інструменту при випробуваннях на промисловому обладнанні.

В основу методики визначення ефективності МОТЗ при хонінгуванні покладена оцінка зносу хон-брусків та шорсткість оброблювальних поверхонь.

Для заміру складових сили різання при точінні використовували динамометр - різець на якому клеїли активні та компенсаційні тензодатчики. У якості добавок до промислових МОТЗ, або для створення нових полімерних МОТЗ використовували поліетиленову емульсію ОКСАЛЕН-80 молекулярної маси 100000 та емульсію полівінілхлориду (ПВХ). Оцінка трибологічної активності газів також виконувалась за допомогою гермокамери – приставки до токарного верстату із пристосуванням для виміру крутних моментів (рис.1).

Газова фракція, що утворювалася в зоні різання на кінцевій стадії перетворень макроланцюгів полімеру, який входив до складу у МОТЗ аналізувалася на газовому хроматографі СНRОМ-5. Висока чутливість хроматографа дозволяла ідентифікувати гази, які присутні в кількості не менше 10 моль.

Для виявлення водню, який утворювався під час термомеханодеструкції полімерної присадки до МОТЗ, було використано метод температурно-програмованого нагріву (ТПН) зразку полімеру, який розташовувався у вакуумній камері, з одночасною масспектрометричною реєстрацією.

Такий аналіз виконувався при пластичній деформації зразків сталі під дією зусиль тиску та при різанні сталі в термокамері. У роботі використовувалися також відомі методи аналізу тонкої кристалічної структури металу після механічної обробки, хімічного складу поверхневих шарів металу (ОЖЕ-спектроскопія), залишкових напружень, мікротвердості тощо. В результаті математично-статистичної обробки експериментальних даних було отримано групу параметрів, які характеризують із заданою імовірністю результати дії двох зразків порівняльних МОТЗ.

Наведена методика математичного моделювання ефективності дії МОТЗ з отриманням регресійних моделей складової системи впливу МОТЗ на процес різання стальних деталей за рахунок багатофакторного експерименту і використанням алгоритму RASTA 3, програмного засобу ПС ПРИАМ (розробка НТУУ «КПІ»).

Третій розділ присвячено експериментальним дослідженням, проведення яких дозволило виявити ефективність дії полімерної МОТЗ на процес різання в залежності від параметрів механічної обробки та фізико-хімічних і механічних властивостей оброблюваного матеріалу. Широку номенклатуру сталей з різноманітними характеристиками умовно було поділено на три групи за ознакою їх хімічних і механічних властивостей, що дало можливість випробовувати в експерименті не всю безліч сталей, що входять в дану групу, а його окремого, найбільш типового представника. Вибіркові експерименти підтвердили правдивість такого рішення, оскільки випробування сталей із граничними властивостями кожної групи показали розбіжність між ними, яка не перевищувала 10%. До сталей першої групи були віднесені вуглецеві якісні

конструкційні сталі, які термооброблювалися на твердість 160-180 НВ. Друга група – конструкційні леговані сталі з твердістю 180-200 НВ і третя група сталей – інструментальні леговані, які мали твердість після термообробки 220-240 НВ. Вплив полімерної присадки до МОТЗ на оброблювання трьох груп сталей визначали шляхом їх механічної обробки на операціях точіння, фрезерування, свердління, різьбонарізання, зубофрезерування, шліфування, хонінгування за допомогою МОТЗ різного складу. Випробувались наступні склади технологічної рідини.

1. Відомий склад (а.с. № 667582): латекс полівінілхлориду – 3%; нітрат натрію – 0,1%; тріетаноламін – 0,1%; поліоксіетільований спирт – 0,1%; вода – до 100%.

2. Модельні середовища на основі води з добавкою полімеру, а також гази, хімічний склад яких відповідає складу продуктів деполімеризації компоненти в МОТЗ.

3. На основі індустріальної олії з добавкою 1,0 % поліетилену (оптимальна концентрація полімеру визначалась експериментально) ;

4. На основі товарного емульсолу ЕТ-2 з добавкою 2% латексу ПВХ.

Точіння здійснювалося твердосплавним прохідним різцем ( = 6⁰, = 10⁰, = 75⁰) перетином 25-20 мм. За критерій зношування інструмента було прийняте знос (0,3 мм) по задній поверхні. Контроль зношування виконувався з точністю 0,01 мм на інструментальному мікроскопі. Шорсткість поверхні визначалася профілометром моделі «Калібр 253».

Торцеве фрезерування виконувалося торцевою фрезою (діаметр 100 мм, твердосплавні ножи зі сплаву Т5К10, число зубів 6, геометрія зуба: = 5⁰, = 15⁰ ) при S = 300 мм/хв, = 157 м/хв і різних значеннях глибини різання .

Свердління проводилося свердлом Р6М5 діаметром 3 мм при = 6 м/хв і = 0,2 мм/об.

Вплив діаметра свердла на ефективність впливу МОТЗ оцінювали при цих же режимах механічної обробки.

Для зручності оцінки МОТЗ використовувались безрозмірні коефіцієнти (відношення характеристик в полімерних МОТЗ і без полімерної присадки) впливу середовища: Е_Т – зносостікійсть інструменту; Е_Ш – шорсткість обробленої поверхні; Еn – потужність різання.

Надані результати дослідів по виявленню закономірності зміни стійкості металорізального інструменту та енергосилових характеристик при різних режимах та видах механічної обробки (точіння, свердління, торцеве фрезерування) у залежності від присутності в МОТЗ високомолекулярної сполуки. Проведені досліди показали, що у всіх випадках полімерна присадка до МОТЗ забезпечує значне підвищення зносостійкості інструменту.

На рисунках наведені результати експерименту з оцінки ефективності дії МОТЗ на стійкість інструменту Ет (рис.2, а), витрату потужності на процес механічної обробки Еn (рис.2,б) та шорсткість обробленої поверхні Еш (рис.2,в). По осі ординат відкладені значення зміни дослідної характеристики у вигляді коефіцієнту Е.

Коефіцієнт Е вираховувався, як відношення значення визначаємої характеристики при обробки в МОТЗ з добавкою полімеру до значення цієї ж характеристики, отриманої при обробки сталі з базової (вихідної) МОТЗ.

Результати експерименту свідчать про те, що при точінні зі збільшенням подачі від 0,01 до 0,14 мм/об відбувається істотний вплив дії полімерної добавки до МОТЗ на головні технологічні характеристики процесу точіння, що відбивається на збільшенні коефіцієнтів Ет, Еn i Eш (рис.2, а,б,в). При збільшенні подачі, вплив полімерної присадки майже не збільшується.

Слід відмітити, що характер дії полімерної добавки до МОТЗ на коефіцієнти Ет, Еn i Eш в залежності від значення швидкості точіння – подібний до характеристик залежності коефіцієнтів ефективності від подачи S.

Я к видно з наведених даних, ефективність дії полімерної присадки до МОТЗ проявляється при механічній обробці деталей із сталей усіх трьох груп, але кількісне значення визначаючих характеристик (ефективність дії полімерної МОТЗ) значно залежить від хімічного складу та твердості матеріалу оброблюваних деталей.

Це пояснюєься тим, що дія полімерної присадки на обро­блюваність сталей пов’язана із багатостадійними процесами руйнування макроланцюга полімеру з утворенням активних хімічних елементів, а швидкість їх утворення та концентрація залежить від температури в області різання. В той же час температура в зоні об­робки, як правило, збільшується із підвищен­ням швидкості, подачі та глибини різання, а також механічних властивостей сталей. Тому і коефіцієнти ефективності дії МОТЗ збільшуються із підвищенням швидкості обробки, подачі й глибини.

У відмінності від точіння, коли тепловий режим роботи леза стає практично незмінним (температура в зоні обробки не змінюється), торцеве фрезерування являє собою переривчастий процес. Циклічне охолодження леза інструмента при вільному пробігу зуба фрези приводить до зниження середньої температури різання. Тому, в цьому випадку ефективність дії полімерної МОТЗ на 30-70 % менше. Разом з тим ефективність МОТЗ змінюється (збільшується) із збільшенням швидкості та майже не змінюється в залежності від подачі.

При свердлінні відбувається різання в суцільній масі металу в утруднених умовах відводу стружки, що приводить до деякого збільшення частки тепла, що поглинає свердло. Тому у цих умовах дія полімерної добавки до МОТЗ найбільш ефективна. Так, наприклад, якщо при точінні найбільше значення коефіцієнта Ет для сталей І, ІІ та ІІІ групи змінюється від 1,5 до 3,5, то при свердлінні при аналогічних умовах експерименту величина Ет змінюється від 2 до 5.

Як показали випробування вміст вуглецю у сталі майже не впливає на значення Ет. У той же час, легуючи елементи Ni і Cr збільшують Ет від 1,4 до 3,2 раз, що пов’язано з великою хімічною активністю цих елементів до водню, який утворюється при деструкції полімеру під дією температури в зоні різання. Ця взаємодія може проявлятися у високій адсорбційній властивості водню, доброю його проникливістю в гратку заліза, можливості створення хімічних з’єднань (гідридів) з Ni та Сr.

Характеристики

Список файлов реферата