Макаров Сергій Миколайович. Підвищення ефективності механічної обробки деталей з використанням полімервмісних МОТЗ

Краткое описание

Макаров Сергій Миколайович. Підвищення ефективності механічної обробки деталей з використанням полімервмісних МОТЗ : Дис... канд. наук: 05.02.08 - 2008.

Макаров С. М.Підвищення ефективності механічної обробки деталей з використанням полімервмісних МОТЗ. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування, Херсонський національний технічний університет, 2007р.
Дисертація містить теоретичні й експериментальні дослідження спрямовані на рішення актуальної проблеми підвищення ефективності механічної обробки сталевих деталей після їх механічної обробки за рахунок застосування добавок високомолекулярних з'єднань до МОТЗ. Запропоноване обґрунтування впливу різних процесів і явищ, що протікають у зоні різання на пластично деформуємий матеріал лезом різального інструменту.
В дисертації для систематизованих трьох груп сталей встановлені залежності зносостійкості різального інструменту, енергосилових характеристик і якості поверхні сталі в процесі механічної обробки в різних МОТЗ, з урахуванням технологічних характеристик процесу різання (швидкості, подачі та глибини різання).
Показано, що введення полімерної присадки в МОТЗ істотно підвищує зносостійкість різального інструменту (до 5 разів) при одночасному зниженні енергосилових витрат на процес (від 10 до 35 %) і поліпшення якості обробленої поверхні (до 50 %).
В роботі показано, що процес механічної обробки в полімерній МОТЗ потрібно представляти як сумісну дію обробляючого інструменту і активних продуктів (в першу чергу водню і вуглецю), які виникають під дією високої температури в зоні обробки із високомолекулярного складника МОТЗ. Ріжуче лезо інструменту, вдавлюючись в оброблюваний метал, визиває в ньому перебіг пружних і пластичних деформацій, а потім стадію руйнування. Активні продукти, хемосорбуючись і дифундуючи в поверхневий шар металу, знижують рівень його поверхневої енергії и граничну напругу текучості. Накладення діючих хімічних і механічних факторів призводить до зниження енергосилових затрат на обробку. Паралельно з цим на ріжучій кромці інструменту в процесі роботи накопичується пірополімерний залишок у вигляді активного вуглецю, який виконує роль змазки, и дифундує в матеріал, утворюючи тверді, зносостійкі карбідні фази.
Автором розроблений комплекс устаткування та методика досліджень, що дозволило виконати поставлені в роботі задачі, і що можливо рекомендувати для використання при вивченні фізико-хімічних процесів і явищ, що відбуваються в зоні різання. Розроблено поправочні коефіцієнти до технологічних характеристик механічної обробки сталей і надано рекомендації з їх застосування.

Вирішена актуальна наукова-технічна задача підвищення технологічних характеристик механічної обробки деталей (продуктивність, точність, якість поверхні, експлуатаційні властивості) шляхом розробки та застосування МОТЗ з додатковою спеціальною полімерною компонентою.
Проведений комплекс теоретичних та експериментальних досліджень дає підстави стверджувати, що процес різання матеріалів з застосуванням розроблених МОТЗ може бути віднесений до нових видів технології хіміко-механічної обробки.
Експериментально досліджено процес фізико-хімічних перетворень полімерної компоненти в МОТЗ в зоні різання металу. Показано, що при температурі близько 400оС, деструкція полімерних присадок до МОТЗ (ПВХ і ПЕ) протікає з утворенням суміші високоактивних газоподібних продуктів насичених і перенасичених вуглеводнів, водню й пірополімерного рідкого залишку з високою концентрацією вуглецю. Комбінація хімічних елементів газової суміші визначається хімскладом макроланцюгу полімеру, умовами його деполімеризації, каталітичною активністю поверхні оброблювального матеріалу та його фізико-хімічних властивостей.
Встановлено, що створені продукти в результаті піролізу полімерної присадки викликають наступні вторинні процеси і явища в зоні різання:

результаті взаємодії водню й хлору (у випадку ПВХ) може утворюватися з'єднання НСl, що адсорбується на поверхні сталі з утворенням неорганічної солі FeCl2, а при її окисленні FeCl3.Температура плавлення цих солей низька й не перевищує 672оС и 309оС відповідно. Тому при механічній обробці, коли температура в зоні різання значно перевищує температуру плавлення неорганічних солей, вони плавляться й утворять на поверхнях тертя плівки з низьким опором зсуву, що знижує коефіцієнт тертя;
адсорбція, а потім активна дифузія атомарного водню в зону максимальної концентрації механічних напруг металу (область пластичної деформації перед лезом інструменту) відбувається зі зміною його фізико-механічних властивостей. Дія водню на метал різноманітна, і механізм його впливу до кінця ще не розкрито. Однак водень завжди полегшує процеси деформації й руйнування металів;
при різанні встановлене зниження концентрації кисню в зоні контакту „інструмент-матеріал”, що сприяє відновленню поверхні і підвищенню зносостійкості різального інструменту;
в умовах, які моделюють процес різання, наявність полімеру в МОТЗ приводить до різкого зростання ефективності переносу водню в об’єм металу. При цьому пластична деформація значно збільшує швидкість переносу водню вглиб металу.

Встановлено, що на кінцевому етапі перетворень полімерної компоненти МОТЗ утворюється газова суміш з якої найбільш трибологічну активність демонструє водень. Показано, що параметри механічної обробки, механічні і хімічні властивості сталі змінюють характер взаємодії водню із металом від фізичної до хімічної з утворенням нових сполук гідридів, що відбивається на оброблювальності сталі. Різноманіття можливого прояву процесів і явищ у зоні різання приводить до відмінності механізму обробки сталей в МОТЗ з полімером від МОТЗ, які складаються із низькомолекулярних компонентів.
Використано методику багатофакторного математичного моделювання при створенні регресивних моделей складної системи за допомогою алгоритму RASTA3 програмного забезпечення «ПС ПРИАМ» сумісної дії газової суміші полімерної присадки до МОТЗ і леза інструмента на процес різання, що базується на розділі математичної статистики і об’єднує теоретичні методи дослідів регресивної залежності між значеннями за статистичними даними. Проведено аналіз властивостей математичних моделей, які максимально стійкі, тобто cond=1. Розроблену методику можливо використовувати при вивченні причинно-слідчих і структурних зв’язків між факторами і критеріями якості технологічного процесу, що розглядаються в дисертації.

Досліджено вплив МОТЗ як на загальну зносостійкість різального інструмента, так і на його розмірну стійкість при обробці різних матеріалів в широких діапазонах режимів різання, що дозволило підвищити точність ряду деталей сільгоспмашинобудування.
Запропоновано комплекс методичного забезпечення, що може бути використано при вивчені процесів і явищ, які відтворюються в металі під сумісною дією леза різального інструменту і продуктів термомеханодеструкції полімерної компоненти МОТЗ.
Розроблені рекомендації по створенню в умовах машинобудівних підприємств МОТЗ на основі полімеру. Надано рекомендації щодо розрахунку технологічних параметрів механічної обробки сталі на підприємствах сільгоспмашинобудування з урахуванням ефективної дії МОТЗ. Запропоновано схему та етапи розрахунку економічного ефекту від використання МОТЗ з добавками полімеру.
Використання водосумішних і масляних МОТЗ на полімерній основі із запропонованими інгредієнтами дозволило при обробці стальних деталей додатково: підвищити стійкість інструменту при точінні до 50 %, свердлінні до 400 %, фрезеруванні до 4060 %; покращити якість обробки (зниження параметра шорсткості Ra на 1050 %); підвищити продуктивність обробки за рахунок швидкості і подачі різання при точінні в 2,6 рази, свердлінні в 1,24 рази, фрезеруванні в

24,4 рази; покращити експлуатаційні властивості оброблених деталей; підвищити корозійну стійкість оброблених деталей та біологічну стійкість МОТЗ.