Зотова Вера Александровна. Повышение эффективности токарной обработки с нагревом заготовки тепловым потоком и рациональным охлаждением режущего инструмента

Краткое описание

Зотова Вера Александровна. Повышение эффективности токарной обработки с нагревом заготовки тепловым потоком и рациональным охлаждением режущего инструмента : Дис. ... канд. техн. наук : 05.03.01 Н. Новгород, 2006 176 с. РГБ ОД, 61:06-5/1379

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
ЗОТОВА ВЕРА АЛЕКСАНДРОВНА
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ С НАГРЕВОМ ЗАГОТОВКИ ТЕПЛОВЫМ ПОТОКОМ И РАЦИОНАЛЬНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ РЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
Специальность: 05.03.01. - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель: д.т.н., профессор Сорокин В.М.
УНИВЕРСИТЕТ
На правах рукописи

/
Нижний Новгород 2006

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и постановка задач исследований
1.1. Особенности обработки резанием труднообрабатываемых материа¬лов
1.1.1. Обрабатываемость резанием труднообрабатываемых материалов
1.1.2. Особенности процесса обработки резанием
1.2. Методы интенсификации процессов резания труднообрабатывае¬мых материалов
1.3. Особенности обработки металлов с предварительным нагревом по-верхностей заготовок
1.3.1. Влияние температуры нагрева на механические характеристи¬ки обрабатываемых и инструментальных материалов ...
1.3.2. Влияние нагрева на некоторые физические характеристики ма¬териала инструмента и заготовки
1.3.3. Влияние температуры нагрева на характер и интенсивность из¬носа режущего инструмента
1.4. Анализ способов нагрева и выбор рационального способа в услови¬ях развития малых и ремонтных предприятий
1.5. Выводы и постановка задач исследований
ГЛАВА 2. Разработка процесса совмещенной обработки резанием с пред¬варительным нагревом поверхностного слоя заготовки (СОР с НПС) и его теоретическое обоснование
2.1. Сущность процесса совмещенной обработки резанием с предвари¬
тельным нагревом поверхностного слоя заготовки ....
2.2. Моделирование температурного поля при нагреве вращающейся
заготовки газовой горелкой
2.3. Определение рациональных параметров СОР с НПС заготовки
теоретико-экспериментальным методом
2.3.1. Определение тепловых характеристик горелки
2.3.2. Выбор и определение параметров режущего инструмента...

ГЛАВА 3. Методика исследований
3.1. Обоснование выбора материала, оборудования и режимов обработ¬ки
3.2. Методика исследования тепловых процессов и температур при СОРсНПС
3.2.1. Методика тарирования термопар
3.2.2. Методика определения интенсивности теплового потока
и температурного поля при нагреве газовой горелкой образцов
3.2.3. Методика исследования температур при резании с нагревом ..
3.3. Методика исследования сил резания при СОР с НПС
3.4. Методика исследования износа и стойкости резцов
3.5. Методика исследования параметров качества поверхностного слоя
3.5.1. Методика исследования шероховатости и точности обработки
3.5.2. Методика исследования наклепа и структуры поверхностного слоя. ГЛАВА 4. Теоретико-экспериментальное исследование эффективности процесса СОР с НПС
4.1. Математическое моделирование параметров СОР с НПС
4.2. Исследование тепловых процессов и температур
4.3. Исследование температур резания при СОР с НПС
4.4. Исследование износа и стойкости инструмента
4.5. Результаты исследования сил резания
4.6. Результаты исследований шероховатости и точности обработки
4.7. Результаты исследований шероховатости и точности обработки..
4.8. Результаты исследования наклепа и структуры поверхностного
слоя
ГЛАВА 5. Разработка технологии обработки деталей резанием с нагревом поверхностного слоя металла
5.1. Основные ограничения и рекомендации по реализации процесса...
5.2 Определение основных производственных параметров обработки
детали
5.3. Анализ заводской технологии обработки вала

4
5.3 Л. Технологичность обработки поверхностей 138
5.3.2. Анализ правильности выполнения чертежа 139
5.3.3 Анализ выполняемых поверхностей при обработке вала 139
5.4. Технологический маршрут обработки цилиндрических поверх¬ностей вала с нагревом поверхностного слоя 143
5.5. Назначение режимов резания наружных цилиндрических поверх¬ностей с нагревом снимаемого слоя 145
5.6. Определение экономической эффективности резания с нагревом 149
5.7. Апробация разработанной технологии 153
Общие выводы и результаты 155

Список литературы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
1. Выполнен анализ проблемы повышения производительности процесса точения и качества обработки деталей из труднообрабатываемых материалов с применением предварительного нагрева обрабатываемых поверхностей загото¬вок, который показал эффективность использования такой обработки, в частно¬сти, в условиях малых промышленных предприятий и ремонтных баз при нагре¬ве поверхностей газопламенной горелкой.
2. На основе теории источников тепла и теплопроводности обоснован и математически описан процесс нагрева и распространения тепла от пламени го¬релки в зоне ее действия и обработки резанием. Получены математические за¬висимости для определения температур в зоне резания и выявления технологи¬ческих параметров (в частности расположения горелки относительно резца).
3. На основе выполненных теоретико - экспериментальных исследований:
а) разработаны конструктивные схемы и конструкции устройства к токар¬ному станку, охлаждаемый резец, защищенные патентом№2188747 и свидетель¬ством на полезную модель №24131 для обеспечения и управления процессом нагрева и возникающими температурами в зоне обработки резанием с учетом снижения теплонапряженности на режущей кромке резца;
б) определены рациональные конструктивно - технологические параметры разработанных устройства (W, d, h и др.) и охлажденного резца (d3KB., - канала, расход воды G и др.).
4. Экспериментально установлено, что при черновом и получерновом точе¬нии заготовок из труднообрабатываемых материалов методом СОР с НПС сставляющие силы резания снижаются в 1,3-2 раза, температура резания в сред¬нем на 25%, что является существенным резервом повышения точности разме¬ров на 1-2 квалитета при обработке нежестких валов, а также подачи и глубины резания и, следовательно, - производительности в 3-5 раз, особенно на черновых операциях.
5. Определена стойкость охлаждаемого резца в зависимости от температу¬ры нагрева заготовки и режимов резания. За критерий затупления при обработке

исследуемых материалов (30X13, 15ХМ и др.) приняты фаски на задней поверх¬ности 0,6 мм для чернового и 0,3 мм для получистового точения. Установлено, что максимальная стойкость Ст=60-100 мин соответствует Тн=450-550°С; V=40- 60м/мин; S=0,21-0,7MM/O6; t=0,5-lMM.
При обработке на указанных режимах достигается снижение шероховато¬сти в 2-2,5 раза (с Ra= 16,5-14,8мкм; Ra=8,5-3,7MKM) по сравнению с обработкой без нагрева. Существенных изменений физико - механических и структурных характеристик качества поверхностного слоя практически не происходит.
6. Получены математические зависимости в виде полиноминальных моде¬лей, отражающие влияние режимов нагрева и точения труднообрабатываемых материалов на качество (Ra) обработанной поверхности и стойкость инструмен¬та. Оптимизация полученных зависимостей позволяет определить рациональные технологические параметры обработки, обеспечивающие получение заданного качества поверхностного слоя, формы поверхности и производительности тру¬да.
7. На базе полученных в работе результатов разработан и внедрен в произ-водство технологический процесс изготовления длинномерных валов с нагре¬вом поверхности, обеспечивающий возможность повышения производительно¬сти при обработке конкретных длинномерных деталей более чем в 3 раза при установленных (требуемых) параметрах качества поверхностного слоя и макро¬отклонений формы поверхности. При этом годовой экономический эффект на единицу оборудования в условиях Вагонного депо «Горький - Сортировочный» составил 10 тыс. рублей.