LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення якісних характеристик деталей та РІ завдяки адаптивному управлінню технологічними параметрами плазмово-іонної та комбінованої обробки

урахуванням режимів роботи, вибору технологічних параметрів і параметрів зворотного зв'язку.

Для вирішення цих проблем у дисертації сформульовано мету і задачі дослідження.

Другий розділ присвячено дослідженню теплофізичних і термомеханічних процесів при механічній обробці та теоретичній стійкості різального інструменту з одно- та багатошаровим покриттям. Вирішувалась сумісна задача теплопровідності та термопружності (задача Даніловської), яка включає баланси тепла в елементарному об'ємі у матеріала деталі (стружки) та різальному інструменті, де для деталі враховано: теплопровідність, витрати енергії на пружине та пластичне деформування у зоні контакту матеріала стружки та РІ. У граничних умовах враховано підвід тепла завдяки тертю по передній поверхні РІ, взаємоопромінювання стружки та передньої поверхні РІ, відвід тепла зі зношеним матеріалом покриття, а у зоні свободної поверхні стружки враховано теплове випромінювання, конвективний теплообмін, теплообмін з випарюваним матеріалом і теплопідвід завдяки дії плазми або лазерного випромінювання для плазмово-механічної та лазерно-механічної обробки.

У балансі тепла у покритті (на РІ) враховано теплопровідність, зміна енергії завдяки термопружному деформуванню та зміщенню фронту випарювання.

У граничних умовах по передній поверхні РІ враховано: теплопідвід завдяки тертю, взаємоопромінюванню "покриття – поверхня стружки", конвективний теплообмін, тепловідвід зі зношеним матеріалом покриття. На задній поверхні різального інструменту враховано: тепловідвід завдяки тертю по задній поверхні, взаємоопромінювання "задня поверхня РІ – деталь", знос інструменту та конвективний теплообмін.

На границі "покриття – матеріал різального інструменту" (або другого покриття) як по передній, так і по задній поверхні через рівень вхідного і вихідного теплових потоків добуток коефіцієнта теплопровідності на похідну температури по напряму нормалі до передньої та задньої поверхонь інструменту зберігається.

Термопружні напруження розраховувались за термопружним потенціалом одиничного об'єму, величина яких перевірялась за рівняннями сумісності деформування, при невиконанні їх вводились додаткові напруження для виконання цих рівнянь, що дозволило суттєво підвищити точність розрахунку напружень і температур (до 37%).

Одержано розподіли температур і напружень по глибині від передньої та задньої поверхонь.

Завдяки застосуванню рівнянь Крагельського та розрахункових величин для пластичного контакту та малоциклової втомлюваності, абразивного і зносу від утомленості розраховано знос, а за критичним зносом розраховано стійкість по передній поверхні: 290 хвилин і задній – 217 хвилин (V = 120 м/хв, S = 0,15 м/об, t = 1,5 мм).

Третій розділ присвячено розробленню наукових основ вибору багатошарових і одношарових покриттів на основі дослідження їх напруженого стану, причому досліджуються не тільки сполучення "покриття-покриття" та "покриття-прошарок" з чистого металу та сполучення покриттів з чистого металу між собою, досліджено також сполучення покриттів та покриттів і прошарків, покриттів із чистого металу між собою, що дало можливість для критерію зміни напружень при переході від шару до шару, не перевищуючи 30% на передній поверхні, одержати зтискні напруги, а на задній – розтягування вибраного сполучення покриттів, які ефективно можуть бути застосовані як у динамічному (переривчасте різання), так і у стаціонарному (обробка поверхонь з рівномірним припуском), а також в обох режимах, що наведено у таблиці для карбідних та нітридних покриттів та їх сполучень з чистими металами. Так, для динамічної дії для покриттів ZrC, NbC, Ta2C, Mo2C, ZrN, VN, TiN, CrN, Si2N, HfN, Al2O3 є більш ніж чотири варіанти вдалих сполучень, тоді як для інших – від одного до трьох, а для BN немає жодного.

Для стаціонарної дії напружень кількість вдалих сполучень набагато більша.

Вдало сполучених покриттів для обох режимів зменшилося ZrC(4), ZrN(3), VN(3), Ta2N(3), Nb2C(2), а одне вдале сполучення мають такі: VC, TaC, Cr23C6, V2N, NbN, Cr2N, a-Al2O3, сполучення шарів хімічних сполук з прошарками мають менше вдалих сполучень, так, для стаціонарної дії напруження вдало сполучаються ZrC з прошарками з (Cr, Fe, Cu), HfC – (Cr, Al, Cu), V2C – (Cr, Fe, B, Al), NbC – (Cr, Al, Cu), TaC – (Cr, Al, Cu), MoC – (Nb, Al, B, Mo, Cr, Fe), TiN – (Al, Cu), Ta2N – (Cr, Al, B, Fe), TaN – (Mo, Al, Cu, Fe), Cr2N – (Cr, Al), CrN – (Nb, Fe), Mo2N – (Cr, Al), W2N – (Mo, W, Cu), Si2N – (Ti, Nb), Mo2C – (B, Fe), а для динамічної дії кількість цих сполучень набагато менша, тільки CrN має два сполучення (Ti, B), а решта – по одному, а деякі HfC, V2C, Nb2C, MoC, WC не мають і жодного.

Кількість сполучень, ефективних у динамічному та стаціонарному режимах, значно зменшилась Mo2C(B), W2C(B), Cr23(B), TaC(B), TiC(Ti). Аналогічні дослідження зроблено і для чистих металів.

Для експериментальної перевірки розрахункової моделі були розраховані поля температур і напружень при точінні РІ з ВК6 і багатошаровими покриттями (1 – ZrN- TiN – NbN; 2 – WC – ZrN - BN). На рис. 1 наведено розподіл температур (а) та еквівалентних напружень (б) по глибині шару від передньої (пп) та задньої поверхонь (зп).


а


б

Рис. 1. Розподіл температур (а) і температурних напружень (б)

при точінні сталі 40х (Vp = 120 м/хв, S = 0.15 мм/об, t = 1,5 мм)


Досліджено, що умови по температурних напруженнях у випадку другого покриття значно гірші. Тому було експериментально перевірено стійкість різального інструменту. Отримано, що стійкість для TiN підвищена у 2,3 раза, ZrN+TiN+Cr2N – у 7,1 раза, а для WC+ZrN+BN – у 4,5 раза, що пов'язано з величинами температурного напруження на поверхні в останньому випадку та сколу покриття. Все це довело придатність методики вибору покриттів.

У четвертому розділі наведено фізико-технічні та системні основи отримання підвищених якісних характеристик завдяки створенню ефективних адаптивних систем управління плазмово-іонними та комбінованими технологіями, для цих технологій наведено фізичні явища та процеси, параметри та засоби їх управління, засоби контролю та зворотні зв'язки за основними параметрами, що довело: для створення сучасної ефективної системи управління має бути створена система адаптивного управління плазмово-іонною обробкою завдяки вимірюванню товщини покриття та температури