Реферат: Підвищення ефективності механічної обробки деталей з використанням полімервмісних МОТЗ
- в результаті хемосорбції водню знижується рівень поверхневої енергії металу;
- при дифузії водню у гратку металу відбувається її викривлення, що створює додаткові пружні напруги;
- дифузія водню по дефектам металу та його молезація може створювати в цих місцях не тільки пружні, але й пластичні деформації;
- у результаті взаємодії водню з елементами, якими легована сталь, можуть створюватися гідриди – хімічні крихкі з’єднання з гіршими механічними властивостями (у порівнянні з оброблюваним матеріалом).
4. Досліджені в роботі процеси і явища, що виникають у зоні різання при обробці деталей в полімерному МОТЗ дали підставу розглядати цю механічну обробку, як механохімічну, яка відтворюється в результаті спрямованої дії активних хімічних елементів МОТЗ.
Практичне значення одержаних результатів полягає у визначені умов та режимів механічної обробки деталей сільгоспмашинобудування в полімерних МОТЗ. Показано, що добавка до МОТЗ полімеру певної фізично-хімічної властивості й концентрації може збільшити зносостійкість інструменту при зменшенні енергетичних витрат до 30% і покращення показників якості обробленої поверхні. Розроблені рекомендації щодо корекції технологічних параметрів механічної обробки сталевих деталей з урахуванням дії полімерної МОТЗ. По тематиці дисертаційної роботи отримано два патенти України.
Результати наукових досліджень передані департаменту тракторного і сільськогосподарського машинобудування Міністерства промислової політики України для використання в організаційно-технологічній підготовці виробництва на підприємствах сільгоспмашинобудування.
Особистий внесок здобувача полягає в постановці і обґрунтуванні актуальності і доцільності роботи, практичному аналізі наукової та патентної інформації, що дозволило сформулювати мету роботи і завдання, які потрібно вирішити для її досягнення; в створенні гермокамери та розробці методики дослідження процесу різання у вакуумі та газових середовищах Під керівництвом та при безпосередній участі автора досліджена зносостійкість різального інструменту в залежності від хімскладу сталі, її механічних властивостей, при різних значеннях швидкості, подачі та глибини різання в умовах дії полімерної МОТЗ; визначені умови і режими механічної обробки деталей в полімерних МОТЗ та розроблені рекомендації щодо розрахунку технологічних характеристик обробки сталей.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях та семінарах: «Нові технології, методи обробки та зміцнення деталей енергетичних установок» (м. Алушта, 2004 р.); «Техніко-технологічні аспекти розвитку та випробування нової техніки й технологій для сільського господарства України» (2004-2005 р.); «Машинобудування й техносфера 21століття» (м. Севастополь, 2005 р.); сьомої та дев’ятої міжнародної практичної конференції-виставки «Технологія ремонту, відновлення й зміцнення деталей машин, механізмів, обладнання, інструменту й технологічної оснастки» (м. С.Петербург, 2005 р, 2007 р.); «Техніко-технологічні аспекти розвитку випробувань нової техніки та технології для сільського господарства України” (Київ, 2004 р.); «Обмін досвідом: технологія машинобудування» (м. Харків, 2005 р); розширених засіданнях кафедри «Технологія машинобудування» ХНТУ (м. Херсон, 2005, 2006р.) та науково-технічному семінарі ВАТ «Херсонські комбайни». (м. Херсон, 2004 р.), а також на науково-теоретичному семінарі в ІНМ ім. В.М. Бакуля НАНУ (2007 р.).
Публікації за темою дисертації. За результатами дослідження опубліковано 11 наукових робіт у провідних фахових виданнях і два патенти України.
Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, шести розділів, загальних висновків, додатків. Повний обсяг дисертаційної роботи складає 133 сторінки, з них 9 таблиць за текстом, 37 рисунків на 24 сторінках, 3 рисунків за текстом, додатки на 59 сторінках, список використаних літературних джерел з 188 найменувань на 13 сторінках.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вступ містить обґрунтування актуальності роботи, формулювання мети і завдань дослідження, розкрито сутність і стан наукової проблеми та її значення, сформульовано ряд основних положень, що виносяться на захист, представлене практичне значення отриманих результатів.
У першому розділі проведено аналіз сучасного стану наукових досліджень про вплив МОТЗ на процес різання при механічної обробці деталей машин. Проведено аналіз літератури по впливу МОТЗ на вибір швидкості й режимів різання при механічній обробці різанням. Установлено можливість збільшення швидкості різання при наявності МОТЗ. Висловлено гіпотезу про те, що позитивний вплив МОТЗ проявляється через збільшення розмірної стійкості інструмента, що входить як окремий параметр у математичну модель процесу. Проведено аналіз досліджень відомих наукових шкіл (Петров М.П., Резніков А.М., Фукс Г.І., Латишев В.Н., Наумов А.Г., Подгорков В.В., Мельников В.Г., Худобін Л.В., Ентеліс С.Г., Берлінер В.М. Чеповецький І.Х., Клименко С.А., Сошко О.І., Рижов Ю.Е. Шаповал Б.С., Стулий А.А.). Показано, що кількості теплоти, що виділяється в зоні різання, достатньо для проходження термодеструкції полімерної компоненти МОТЗ із виділенням газової суміші. Перші експериментальні дані, що отримані при вивченні цієї проблеми, свідчать про те, що деякі гази, що виділяються при піролізі полімерної присадки до МОТЗ (емульсії поліетилену або поліхлорвінілу) демонструють трибологічну активність, яка проявляється в зменшені крутного моменту при точінні сталі в атмосфері відповідного газу. Показано також, що ланцюг піролітичних перетворень закінчується утворенням водню й вуглецю в активній формі. У свою чергу водень створює гідриди (з металами групи IVB, VB, VIB) та істині розчини (з хромом, залізом, нікелем, молібденом та ін.). Зроблено припущення, що саме водень і відповідає за ефекти, які спостерігаються при використанні полімерної МОТЗ. Разом із тим, до цього часу нема підтверджуючих експериментальних даних, які б свідчили про головну роль водню в прояві високої ефективності полімерної МОТЗ. Показано, що в зоні різання одночасно проходять слідуючи явища: з одного боку, безперервно оновлюється оброблювальна поверхня з утворенням ювенільної, мозаїчної поверхні заліза з легованими, хімічно активними до водню елементами (хрому, нікелю, вуглецю та іншими) з одночасною емісією електронів і виділенням тепла, а з другого – створюються хімічно активні елементи в результаті термодеструкції полімерної складової МОТЗ, які взаємодіють з цією поверхнею. Наведений аналіз досліджень дає підставу прогнозувати, що питання впливу полімерної МОТЗ на процес різання з часом може стати складовою відомого поважного наукового напряму який вивчає проблеми водневої крихкості металу.
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.
|
|
|
|
|
|
|
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»).