Повышение эффективности механической обработки за счет выбора рациональных условий

Самофалова М. А.

Повышение эффективности механической обработки является важнейшей задачей современного машиностроения, включающей в себя достижение наиболее высокой производительности обработки с обеспечением заданного уровня качества поверхностного слоя деталей. Решением этой задачи в настоящее время может быть достигнуто за счет выбора наиболее рациональных методов обработки деталей, а также за счет обоснования оптимального уровня параметров обработки, обеспечивающих максимальную производительность или минимальную себестоимость.

Наиболее актуальной с точки зрения обеспечения качества поверхностного слоя является задача обоснования окончательного метода обработки ответственных поверхностей деталей, определяющих эксплуатационные свойства изделий в целом. Одним из перспективнейших путей решения этой задачи является использование высокоскоростной обработки инструментами, оснащенными синтетическими сверхтвердыми материалами (СТМ).

Современные задачи поиска оптимальных режимов обработки включают в себя ряд этапов: обоснование критериев оптимизации, анализ ограничений, выбор метода оптимизации. Расчет оптимальных режимов резания последовательно на всех операциях обработки деталей позволяет существенно снизить себестоимость их изготовления. Анализ силовых и температурных ограничений, действующих при черновой обработке, позволяет наметить пути снижения сил и температур резания за счет использования современных смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС), применения поверх конструкции инструментов с рациональными геометрическими параметрами и т. д. Анализ ограничений при чистовой обработке, связанных с формированием поверхностного слоя, позволяет наметить пути повышение эффективности обработки за счет применения современных инструментальных синтетических сверхтвердых материалов-алмазов, инструментов на основе кубического нитрида бора и т. д.

Изучение закономерностей формирование поверхностного слоя деталей с одновременным анализом влияния их на основании эксплуатационных. Свойства-прочность и износостойкость обеспечивают возможность обоснованного выбора метода окончательной обработки деталей машин, а также гарантирует достижение заданного уровня их качества.

Задачи исследования:

1. Обосновать выбор оптимальных режимов резания при обработке наружных и внутренних поверхностей деталей типа «тела вращения».

a. Обоснование критериев оптимизации.

b. Обоснование ограничений.

c. Выбор метода оптимизации при черновой и чистовой токарной обработке.

2. Обосновать выбор окончательного метода обработки поверхностей деталей типа «тела вращения» с учетом их эксплуатационных свойств.

a. Исследование влияния параметров поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей.

b. Анализ закономерностей формирования параметров состояния поверхностного слоя при различных методах обработки.

c. Сравнение эффективности различных методов обработки по обеспечению заданного уровня параметров поверхностного слоя и эксплуатационных свойств.

3. Исследовать особенность высокоскоростной обработки деталей типа «тела вращения» инструментами, оснащенными синтетическими сверхтвердыми материалами. Изучение тепловых процессов при обработке инструментами из СТМ.

a. Исследование силовых и температурных закономерностей обработки инструментами из СТМ.

b. Анализ возможностей снижения температуры резания при высокоскоростной обработке инструментами из СТМ за счет использования СОТС.

c. Исследование закономерностей формирования параметров шероховатости и остаточных напряжений при обработке инструментами из СТМ в зависимости от режимов резания.

4. Разработать математическое и программное обеспечение параметров состояния поверхностного слоя и оптимальных режимов резания.

Основной показатель качества машин - надежность определяется эксплуатационными свойствами деталей и их соединений: коэффициентом трения и износостойкостью, жесткостью и прочностью, герметичностью соединений, прочностью посадок. Износостойкость определяет способность поверхностных слоев деталей сопротивляться разрушению при трении-скольжении, трении-качении, а также при микроперемещениях, обусловленных воздействием вибраций. Износ деталей машин приводит к потере точности, понижению КПД, понижению прочности, увеличению динамических нагрузок, которые являются следствием увеличения зазоров в сопряжениях, повышению шума.

Износ является причиной выхода из строя подавляющего большинства деталей машин (до 80%). Проведены многочисленные исследования по влиянию на износостойкость параметров состояния поверхностного слоя макроотклонений, волнистости, шероховатости, физико-механических характеристик, свидетельствующие о возможности управления износостойкостью деталей машин за счет выбора.

Усталостная прочность - способность деталей машин сопротивляться разрушению в течение определенного промежутка времени при действии на них знакопеременных нагрузок. Многочисленными исследованиями установлено, что очаги разрушения деталей машин от усталости металла зарождаются на их поверхности, а, следовательно, определяются шероховатостью поверхностей и физико-механическими характеристиками поверхностного слоя. Если для увеличения износостойкости поверхностей трения, например при полировании, целесообразно оставлять систему канавок от предварительной обработки для увеличения их маслоемкости, то при работе деталей на усталостную прочность необходимо производить их полирование до полного исчезновения следов предварительной обработки. Усталостная прочность деталей машин зависит не только от величины шероховатости, но и в большей степени от наклепа и остаточных напряжений поверхностного слоя.

Контактная жесткость определяет способность поверхностных слоев деталей, находящихся в контакте, сопротивляться действию сил, стремящихся их деформировать. Контактные перемещения составляют значительную часть в балансе перемещений машин и их узлов. Контактная жесткость оказывает влияние на точность работы приборов, на точность установки деталей на станках, в приспособлениях, на точность обработки и сборки деталей, то есть на качество машиностроительных изделий. Контактная жесткость в значительной степени зависит от качества поверхности сопрягаемых деталей.

Герметичность соединений определяет их способность удерживать утечку газа или жидкости. Анализ результатов исследований показывает, что герметичность соединений наряду с геометрией уплотнения, физико-механическими свойствами его материала и факторами внешнего воздействия также зависит от состояния контактирующих поверхностей: параметров шероховатости, волнистости, макроотклонения и степени упрочнения.

Представляет интерес анализ возможности обоснования технологических методов обработки деталей с обеспечением заданного уровня эксплуатационных свойств поверхностей. В настоящее время возникает необходимость более обоснованного обеспечения требуемых эксплуатационных показателей деталей машин и их узлов на стадии конструкторско-технологической подготовки производства с широким применением для этих целей ПЭВМ.

Поделитесь этой записью или добавьте в закладки