Разработка методологии определения триботехнических характеристик и выбора СОТС при проектировании технологических процессов металлообработки

• Автор: Шолом, Владимир Юрьевич
• Шифр специальности: 05.02.04, 05.02.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 387 с. : ил. + Прил. (205 с.: ил.)

Введение
Глава 1. Анализ путей повышения эффективности технологических операций металлообработки за счет оптимизации условий фрикционного взаимодействия между инструментом и заготовкой
1.1. Влияние метода подготовки поверхности подката и вида смазки на коэффициент трения при волочении и калибровании.
1.2. Влияние методов и режимов резьбообработки и триботехнических характеристик смазочноохлаждающих технологических сред СОТС на качество поверхности резьбы и износ

формообразующего инструмента

1.3. Современное состояние проблемы определения триботехнических характеристик и выбора СОТС для металлообработки и

консервации металлоизделий

1.4. Выводы к главе

Глава 2. Теоретическая и экспериментальная базы исследования.

2.1. Концепция разработки методов определения триботехнических характеристик и выбора СОТС.

2.2 Физическое моделирование фрикционного взаимодействия

инструмента и заготовки в типовых технологических операциях металлообработки.
2.2.1. Прямое выдавливание и редуцирование.
2.2.2. Волочение.
2.2.3. Листовая штамповка
2.2.4. Формообразование внутренней резьбы
2.2.5. Осадка
2.2.6. Холодная прокатка.
2.2.7. Лезвийная обработка.
2.2.8. Абразивная обработка
2.2.9. Литье в кокиль
2.2 Исследования влияния попадания СОТС в систему смазки станка
на триботехнические характеристики смазочных масел.
2.3. Математическое моделирование процесса волочения с учетом
трения на контактных поверхностях.
2.3.1. Теоретические основы расчетной модели
2.3.1.1. Описание перемещений и деформаций в объеме тела
2.3.1.2. Описание напряженного состояния в объеме тела
2.3.1.3. Конечноэлементная модель напряженнодеформированного состояния
2.3.1.4. Контактные граничные условия.
2.3.2. Основные допущения и исходные данные при моделировании
2.4. Численное моделирование формообразования при выдавливании внутренней резьбы с учетом условий трения
2.5. Сравнительный анализ формирования приповерхностных слоев обрабатываемых деталей при применении СОТС и
консервационных масел.
2.6. Материалы и оборудование.
2.6.1. Особенности материалов, используемых в производстве
крепежных деталей.
2.6.2. Методика и оборудование для исследования коррозионных
свойств обработанных поверхностей.
2.6.3. Методика оценки некоторых эксплуатационных свойств СОТС
2.6.4. Исследуемые технологические смазочные материалы
2.6.5. Статистическая обработка экспериментальных результатов.
2.6.6. Методология комплексной оценки триботехнических характеристик и выбора СОТС с учетом способов и режимов металлообработки.
2.7. Выводы к главе 2.
Глава 3. Исследования триботехнических характеристик в паре трения инструментзаготовка при волочении стали и обоснование выбора смазочной среды, методов предварительной обработки поверхности заготовки и режимов бесфосфатного волочения.
3.1. Исследование контактных напряжений и силы волочения в зависимости от значения коэффициента трения.
3.2. Экспериментальноаналитический метод определения коэффициентов трения между инструментом и заготовкой при пластическом деформировании металлов
3.3 Исследования триботехнических свойств специальных технологических смазочных материалов СТСМ для бесфосфатного волочения.
3.4. Исследование влияния различных технологических факторов на
коэффициент трения и силу волочения.
3.4.1. Зависимость кэффициента трения и силы волочения от кинематической вязкости СТСМ и степени относительной деформации
3.4.2. Влияние дробеструйной обработки поверхности подката и смазочного материала на параметры фрикционного контакта и морфологию поверхности при волочении стали
3.4.3. Влияние режимов дробеструйной обработки ДОС и температуры
на силу волочения.
3.4.4. Математическая модель силы волочения стали Г2Р в
зависимости от свойств СОТС и технологических факторов
3.5. Обеспечение защиты поверхности от коррозии после бесфосфатного волочения.
3.6. Выводы к главе 3.
Глава 4. Исследования триботехнических характеристик и выбор СОТС для операции выдавливания внутренней резьбы на форсированных режимах обработки
4.1. Исследование с помощью численного моделирования выдавливания внутренней резьбы при различных СОТС ,.
4.2. Обоснование выбора композиций специальных технологических
СОЖ СТ СОЖ.
Влияние СТ СОЖ на повышение скорости формирования внутренней
резьбы бесстружечным метчиком
4.2.2. Износостойкость раскатников и качество витков резьбы
4.2.3. Исследование влияния смазочноохлаждающих жидкостей при раскатывании и накатывании резьбы на прочностные
характеристики резьбы и долговечность резьбовых соединения.
4.2.3.1. Влияние различных СТ СОЖ на прочность болта и гайки при статической нагрузке.
4.2.3.2. Исследования резьбовых соединений шпилькой на
малоцикловую усталость.
4.3. Влияние СТ СОЖ на коррозию обработанных поверхностей
4.4. Выводы из главы 4.
Глава 5.Разработка консервационнотехнологических смазочных
материалов, обладающих, наряду с антикоррозионными, высокими триботехническими свойствами на операциях металлообработки
5.1. Обоснование выбора композиции консервационнотехнологических смазочных материалов КТСМ
5.1.1. Выбор компонентов для КТСМ
5.1.2. Планирование экспериментов и обоснование состава КТСМ.
5.2. Исследование зависимостей выходных параметров технологических процессов от режимов обработки при использовании КТСМ в
сравнении с товарными технологическими смазочными
материалами ТСМ
5.2.1. Исследование антифрикционных и штамповочных свойств разработанных КТСМ.
5.2.2. Исследования противоизносных свойств разработанных КТСМ на операциях лезвийной обработки при изменении скорости резания.
5.2.3. Исследования антифрикционных и технологических свойств специальных КТСМ на операциях резьбообразования при форсировании режимов обработки.
5.3. Экспериментальные исследования влияния ТСМ, консервационных масел КМ и КТСМ на коррозию обработанных поверхностей
5.4. Выводы к главе
Глава 6. Опытнопромышленная апробация и внедрение новых СОТС в
технологию массового производства деталей машин
6.1. Вопросы токсикологии, сертификации
6.2. Промышленные испытания при изготовлении крепежных деталей.
6.2.2. Промышленные испытания опытного технологического процесса изготовления гаек
6.2.3. Промышленная апробация новой технологии подготовки поверхности подката для холодной высадки крепежных деталей.
6.2.4. Применение СТ СОЖ при изготовлении гаек.
6.2.5. Апробация КТСМ при изготовлении гаек
6.3. Промышленные испытания специальных СОТС марки Росойл при
изготовлении деталей машин и механизмов
6.3.1. Применение СТ СОЖ при изготовлении поршневого пальца
6.3.2. Применение СТ СОЖ Росойл3 в качестве водной эмульсии на операции протягивания шатуна.
6.3.3. Адаптация разработанного КТСМ к условиям производства труб в качестве консервационного масла
6.3.4. Промышленное использование КТСМ при консервации металлопроката и металлоизделий.
6.3.5. Применение КТСМ на операциях листовой штамповки в качестве технологического смазочного материала.
6.4. Выводы к главе 6.
Основные выводы и результаты
Список литературы


Снижение износа инструмента является наиболее экономически значимым итогом применения СОТС. Кроме того, снижение трения на ведет к уменьшению износа инструмента в несколько раз. СОТО, чем трение. СОТС . Пленки на поверхности могут образовываться в результате адсорбции, хемосорбции и трибохимических реакций. Кинетический аспект во многих случаях определяет границы эффективности смазочного действия СОТС. На определенной части контактной зоны смазка не проникает и в этой локальной области не влияет на распределение напряжений. В общем случае смазочное действие СОТС сводится к уменьшению контактной длины на передней поверхности инструмента. При обработке с прерывистой стружкой СОТС может проникать на переднюю поверхность так же со стороны задней поверхности через режущую кромку или непосредственно сквозь нарушенную структуру стружки со стороны ее надрезцовой поверхности. Большинство исследователей принимают гипотезу о проникновении СОТС на контактные поверхности через сеть межповерхностных капилляров. Наиболее интересные попытки исследовать эту проблему были предприняты Уильямсом и Тейбором модель капиллярного течения Перцовым и Сердюком модель поверхностной миграции 6 Мицухарой экспериментальное определение проникающей способности с помощью разрезного резца Дойлом, Хорном и Тейбором опыты с прозрачным резцом. Однако эти модели не учитывают процесс фазового перехода смазки в контактной зоне . Отсутствует объяснение различий в действии твердой, газообразной и жидкой смазки при резании, а также отсутствия заметного влияния внешнего давления на эффективность СОТС. По аналогии с процессами обычного трения, можно ожидать, что при резании в среде СОТС на водной основе большую роль в течение поверхностных процессов и смазочном действии играют электрохимические явления, которые в данных условиях почти совершенно не исследованы. Использование в качестве СОТС растворов коллоидных ПАВ способствует трибологической эффективности смазки, что предположительно может свидетельствовать о существенной роли механизма граничной смазки также и в условиях резания 4. Формирование граничных слоев может происходить по механизму поверхностной диффузии миграции дифильных молекул через капиллярную сеть в зоне резания 6. Наиболее перспективной в описании процесса граничной смазки является модель мезоморфного состояния граничных смазочных слоев. Характер трибохимических процессов при резании в присутствии смазочной среды радикально отличается от таких процессов в области обычного трения. Как правило, эти процессы протекают с весьма высокой скоростью, в условиях ограниченного доступа реагента и имеют неравновесный характер. Проведено большое число исследований химического механизма смазочного действия в условиях резания с химически активными веществами, присадками. В.Н. Латышевым выдвинута гипотеза о механизме химического действия СОТС, состоящая в том, что в процессе резания добавки, находящиеся вблизи ювенильной поверхности, распадаются с образованием радикалов под действием экзоэлектронов. Активность радикалов обусловлена наличием на валентной оболочке частиц с некомпенсированным спином. Образованию радикалов способствует нагрев и механические воздействия на молекулы, находящиеся в контактной зоне. Смазочная пленка, образованная на поверхности, демпфирует воздействие детали на резец и уменьшает трение. Главная роль технологических смазок при механической обработке металлов сводится к образованию разделительного слоя, облегчающего трение между деталью и инструментом, и как следствие этого снижение энергетических затрат, износа инструмента и улучшение качества обработанной поверхности. Рассматриваются два типа смазки адсорбционная и гидродинамическая. В ряде случаев принято считать, что при механической обработке металлов смазочное действие основано на адсорбционных процессах, что обусловлено наличием высоких давлений в зоне трения , , 6. Адсорбционная смазка основана на создании на поверхности металла тонких, прочно сцепленных адсорбционных слоев, не разрушающихся и при очень высоких давлениях.