Теоретическое обоснование, исследование и разработка технологии резания с нагревом и пластическим деформированием обрабатываемого металла.

• Автор: Котельников, Владимир Иванович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 188 с. : 140 ил.

АННОТАЦИЯ
Работа носит прикладной характер, в ней изложены теоретические положения, обосновывающие интенсификацию механической обработки металла резанием с нагревом и пластическим деформированием нагретой поверхности детали. В работе решена крупная проблема, имеющая хозяйственное и оборонное значение, приведены научно обоснованные технические и технологические решения, внедрение которых вносит значительной вклад в развитие экономики страны и повышение её обороноспособности.
Разработаны теоретические основы резания металла с нагревом и ПГТД нагретой детали. Методами моделирования и эксперимента исследованы тепловые, скоростные и силовые режимы резания с нагревом и режимы пластического деформирования металла. Определена стойкость режущего инструмента с -напаянными пластинами из сплавов Т5К10, ВК6 и ВК8 при резании стали с нагревом. Проведено исследование качества поверхности обрабатываемых данным способом деталей. Исследован процесс резания с нагревом сварных швов и трудно деформируемых марок сталей.
Разработаны: конструкции охлаждаемого водой режущего инструмента; теплоизолированного токарного патрона и спаренного с режущим инструментом роликового накатника; конструкция раздвижного индуктора для нагрева детали токами высокой частоты и станок, с размещенными на нем индукторами; конструкция резца с шестигранной пластиной, имеющей у = 55-60° и позволяющей резать металл с минимальным усилием, как при правой так и при левой подаче.
Определены зависимости режимов резания от тепловых и силовых параметров процесса обработки. Разработана, опробована и внедрена технология обработки металла резанием с нагревом и пластическим деформированием нагретой целой, сварной и наплавленной детали, в том числе для восстановления изношенных поверхностей деталей из трудно обрабатываемых марок стали.
Подтверждением новизны данной работы являются полученные автором патенты на способы резания металла с нагревом и ППД, а также свидетельства и патенты на полезные модели на режущий инструмент, зажимные кулачки и раздвижной индуктор. Два свидетельства на полезную модель «передвижные ремонтные мастерские», оснащенные оборудованием для механической обработки ремонтируемых целых и сварных деталей резанием с нагревом, подтверждают новизну метода восстановления изношенных деталей наплавкой и сваркой с последующим точением в чрезвычайных условиях.
Работа выполнена лично автором, исследования качества обработки металла резанием с нагревом проводились при участии к.т.н. Зотовой В.А. и к.т.н. Абдуллаева Ш.Р. и вошли частично в их диссертационные работы. Моделирование и исследование нагретого наплавленного и сварного металла проведено совместно с инженерами Красновым А.О., Лариным A.A., Манцеровым С.А и Гоевой В.В., что и отражено в совместных публикациях.
Содержание
Введение

Глава 1. Состояние вопроса

1.1. Действие холодной обработки металла резанием на состояние поверхностного слоя детали
1.2. Влияние жесткости технологической системы на точность и производительность обработки резанием
1.3. Особенности обработки сварных деталей холодным резанием
1.4. Интенсификация процесса механической обработки резанием за счет применения режущего инструмента из композитных материалов
1.5. Механическая обработка поверхности заготовки с подводом тепловой энергии в зону резания
1.6. Связь качества обработки металла резанием с эксплуатационными свойствами деталей
1.7. Поверхностно пластическое деформирование металлов и сплавов
1.8. Постановка задачи исследования
Глава 2. Теоретические основы резания металла с нагревом
2.1. Изменение свойств металла при нагреве
2.2. Физическое моделирование резания металла
2.3. Общие сведения теории резания металла
2.4. Метод резания металла с нагревом, совмещенный с ППД обработанной поверхности детали
2.5. Тепловые характеристики горелки
2.6.Теплофизические процессы при обычном резании металла
2.7. Теплофизические характеристики резания металла с нагревом снимаемого
слоя
2.8 Нагрев цилиндрической заготовки пламенем газовой горелки
2.9. Распределение тепла при резании металла с нагревом
2.10. Нагрев заготовки токами высокой частоты
2.11. Эффективность отвода тепла от режущей грани инструмента
Глава 3. Методика исследования
3.1. Методика исследования тепловых параметров
3.2. Методика определения усилия резания при холодном резании металла и при резании с нагревом заготовки пламенем газовой горелки
3.3. Методика проведения исследований износа режущего инструмента
3.4.Методика исследования влияния резания с нагревом на прочность сварного шва цилиндрической детали
3.5.Методика снятия замеров параметров шероховатости обработанной поверхности
3.6. Методика исследования параметров точности обработанной поверхности
3.7. Методика исследования микроструктуры металла обработанного резанием с нагревом
3.8. Методика, установка и инструменты для исследования результативности поверхностно- пластической деформации поверхности детали
3.9. Режущий инструмент с внутренним водяным охлаждением

3.10. Проектирование установки для поверхностного нагрева заготовки токами
высокой частоты
Глава 4 Экспериментальное исследование резания с нагревом и ППД
4.1. Постановка задачи определения температурных режимов резания
4.2. Расчет охлаждения заготовки при резании с нагревом
4.3.Определение времени нагрева детали до температур разупрочнения снимаемого слоя металла при резании с нагревом
4.4. Экспериментальная проверка тепловых режимов резания
4.5. Определение усилия резания нагретого до температур разупрочнения металла
4.6. Исследование износостойкости режущего инструмента при холодной обработке металла и при резании с нагревом
4.7. Износостойкость резца с внутренним водяным охлаждением
4.8. Сравнение результатов исследования износостойкости режущего инструмента при резании с нагревом и стойкости пластин из спеченных порошков
сверх твердых материалов
Глава 5. Исследование изменений физико- механических свойств металла, обработанного резанием с нагревом, с последующим поверхностно пластическим деформированием детали
5.1. Влияние резания с нагревом на прочностные свойства обработанных цельных и сварных деталей
5.2. Обработка наплавленных поверхностей резанием
5.3. Исследование влияния изменения сил резания при обработке с нагревом слоя наплавленного металла
5.4. Исследование изменений поверхностного слоя детали, обработанной резанием с нагревом с последующим ППД
5.5. Влияние резания с нагревом на точность обработки поверхностей
5.6. Исследование шероховатости поверхности детали обработанной резанием с нагревом с последующим ППД поверхности детали
5.7.Исследование изменений структуры металла у цельных и сварных деталей,
обработанных с нагревом
Глава 6. Разработка технологии обработки заготовок резанием с нагревом и последующим ППД
6.1. Предпосылки создания технологии обработки деталей резанием с нагревом
6.2. Разработка технологии восстановления посадок на ремонтный размер резанием с нагревом
6.3. Разработка технологии обработки резанием с нагревом при ремонте сварных деталей
6.4. Технология восстановления дефектных поверхностей деталей наплавкой с последующим резанием с нагревом и ППД 231
6.5. Технология восстановления различных изношенных деталей
6.6. Эффективность использования резания с нагревом в ремонтном производстве
6.7. Сравнение экономических показателей участков холодного резания и резания металла с нагревом и ППД

точности обработки поверхностей, так и от параметров качества обработанной поверхности. Следовательно, обеспечение оптимальных параметров качества обработки детали, при обеспечении которых достигаются наиболее высокие эксплуатационные показатели, является важнейшей задачей.
Задача исследования упрощается, если рассматривать влияние какого-либо одного из параметров качества обработки детали на эксплуатационные показатели, приняв остальные постоянными. Рассмотрим влияние точности механической обработки.
За последнее время точность изделий в машиностроении возросла. Многие детали стали изготавливаться с микронной точностью. Например: отклонение от цилиндричности 1-2 мкм и отклонение от круглости в виде огранки у плунжеров топливных насосов высокого давления - не допускается.
Поэтому, для назначения последовательности обработки поверхностей заготовки и режимов резания важно не только правильно определить точность изготовления детали, но и знать, как зависят эксплуатационные показатели от точности обработки. Установлены общие зависимости влияния точности обработки на такие показатели, как трудоёмкость и себестоимость обработки, а также долговечность, ресурс, надежность и др. параметры обработанной детали (см. рис. 1.22.) [20].
а) б) С)
Рис. 1.22. Графики изменения параметров точности обработки поверхностей в зависимости от эксплуатационных параметров.
На рис. 1.22 «а» показано, что с увеличением точности изготовление деталей возрастает трудоёмкость и себестоимость их изготовления.
Качество обрабатываемой поверхности (шероховатость, волнистость, физико-химические свойства поверхностного слоя) оказывают едва ли не большее влияние на эксплуатационные показатели деталей, чем точность механической обработки. Это влияние исследовано более полно по сравнению с точностью и освещено подробно в работах [57], [23].
На рис. 1.22 «б» определяется оптимальный допуск /75 на изготовление детали. Кривая «С/» характеризует эксплуатационные расходы, зависящие от величины допуска /75. Кривая «С2» характеризует себестоимость изготовления детали от того же допуска. Кривая «С» (результирующая кривая)- соответствует оптимальному допуску /75 опт [58].
На рис. 1.22 «с» приведены результаты исследования влияния долговечности детали на расходы по ремонту (кривая /), себестоимость детали (кривая
2) и общие расходы (кривая 3) [59].