Тема диссертации: Исследования влияния смазочно-охлаждающих жидкостей на процесс резания при точении стали марки 38ХМЮА

Общая характеристика работы

Диссертация состоит из 106 страниц пояснительной записки и 12 чертежей и плакатов формата А1 и представляет исследования влияния смазочно-охлаждающих жидкостей на процесс резания при точении стали марки 38ХМЮА.

Актуальность темы

Развитие металлообработки тесным образом связано с созданием новых высокоэффективных смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), т.к. в ряде случаев без применения смазки процесс резания невозможен. Указанное положение относится к обработке резанием высокопрочных сталей и сплавов, широко применяемых в таких отраслях машиностроения, как авиационная и ракетная техника, при производстве деталей радиоэлектронной аппаратуры, нефтехимической промышленности, энергетического машиностроения. Применение в промышленности новых марок легированных (жаростойких, жаропрочных, коррозионностойких) сталей и сплавов тормозится в настоящее время из-за отсутствия эффективных составов СОЖ, т.к. существующие масла и эмульсии, разработанные более 50 лет назад, применительно к резанию конструкционных сталей в большинстве своем оказываются непригодными. Значение СОЖ непрерывно увеличивается в связи с внедрением скоростных методов обработки металлов, высокопроизводительных автоматических линий, гибких комплексов и металлорежущих станков, а также с повышением требований к качеству обрабатываемых деталей и экологии окружающей среды. Поэтому современные СОЖ, как правило, представляют собой сложные многокомпонентные композиции, отвечающие комплексу требований к их технологическим и сопутствующим свойствам.

Самой распространенной технологической средой при обработке металлов резанием являются смазочно-охлаждающие жидкости, что обусловлено их более высокими (по сравнению с твёрдыми и пластичными смазочными материалами) охлаждающей, проникающей и моющей способностями, а также экономичностью и доступностью. В промышленных масштабах производятся масляные СОЖ, эмульсолы, полусинтетические и синтетические СОЖ. В последнее время делается упор на дальнейшее развитие полусинтетических и синтетических СОЖ, поскольку по технологическим свойствам, стабильности и сроку службы они имеют существенное преимущество перед эмульсолами, а их более широкое применение позволит существенно экономить натуральные минеральные масла.

Для обеспечения конкурентоспособности продукции требуется с одной стороны, уменьшать её себестоимость, а с другой повышать качество. Поэтому проблема применения современных СОЖ при механической

обработке металлов резанием сводится к отысканию их наиболее дешёвых видов, не снижая при этом количества обрабатываемой продукции.

На машиностроительных предприятиях в последнее время с целью более быстрого и чуткого реагирования на запросы рынка наблюдается тенденция формирования гибких автоматизированных производств (ГАП). В свою очередь для выбора и эксплуатации СОЖ в условиях ГАП необходимо выполнение повышенных требований, связанных со спецификой их функционирования в этих производствах. Имеется в виду следующее: универсальность СОЖ при использовании на различных операциях механообработки (в пределах одной гибкой производственной системы) изделий переменной номенклатуры из разных материалов; обладание повышенными охлаждающими и смазывающими свойствами; предохранение от коррозии; стабильность и долговечность; возможность автоматизированного контроля, включая управление от ЭВМ; обладание требуемыми санитарно-гигиеническими свойствами.

Поэтому дальнейшая научно-исследовательская работа по выбору качественной СОЖ является весьма перспективной.

СОЖ представляет собой сложную химическую систему, качество которых оценивается по большому числу параметров. Почти на каждом машиностроительном предприятии СОЖ выбирают на основе личного опыта специалиста или редко по каким либо станочным испытаниям. Но в настоящее время при закупе новейшего оборудования, предприятия ссылаются на паспорта станков, в которых указана рекомендуемая СОЖ. Однако рекомендуемая СОЖ, хоть она и эффективная, по мнению производителя, обычно имеет заоблачные цены. И тогда перед предприятием встает вопрос: какую бы специальную приобрести жидкость, чтобы она отвечала всем технологическим и экономическим параметрам.

Цель работы. Целью работы является проведение сравнительного анализа трех смазочно-охлаждающих жидкостей на процесс резания при точении.

Задачи работы. Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1) Изучить физико-химический состав исследуемой СОЖ

2) Разработать методику проведения исследования при точении стали марки 38ХМЮА

3) Провести анализ полученных данных при влиянии СОЖ на процесс резания

4) Разработать технологический процесс изготовления детали «Вал» с внедрением эффективной СОЖ

5) Рассчитать материальные затраты на НИР.

Объект исследования. Объектом исследования являются СОЖ, используемые на машиностроительных заводах Республики Бурятия и Иркутской области при обработке металлов резанием.

Методы исследования. Теоретические исследования проводились с изучением литературы и целенаправленные научные основы процесса резания в машиностроительном производстве.

Экспериментальные исследования проводились на кафедре «Технология машиностроения, металлообрабатывающие станки и комплексы» Восточно-Сибирского Государственного Университета Технологий и Управления. Исследования проводились на токарном станке модели ROMI С 620 с использованием современных стандартных и специальных измерительных приборов: профилометром модели АБРИС-ПМ 7 и универсального динамометра УДМ-600 с комплектом аппаратуры.

Hаучная новизна рaботы заключaется в следующем:

1) Выполнены теоретические и экспериментальные исследования, позволяющие оценить технологические свойства СОЖ на процесс резания;

2) Применение результатов исследований позволяет существенно сократить время и материальные затраты на поиск подходящих составов СОЖ для машиностроительного производства.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В главе 1 Рассмотрены общие сведенья о смазочно-охлаждающих средствах, представленные на рынке и их классификация. Также произведен анализ по выбору СОЖ по основным технологическим, физико-химическим и экономическим свойствам. Сделан вывод, что строгой теории, протекающей при резании металлов в смазочно-охлаждающей среде, к настоящему времени не создано.

В главе 2 произведены экспериментально-аналитические исследования по влиянию СОЖ на процессы резания, а именно на качество поверхности и составляющих сил резания. Разработана методика проведения экспериментов при точении стали марки 38ХМЮА.

Для исследований был выбран материал: сталь марки 38ХМЮА.

38Х2МЮА (38ХМЮА) - сталь жаропрочная релаксационностойкая высококачественная хромоалюминиевая с молибденом. Имеет заменители 38Х2ЮА, 38ХВФЮ, 20Х3МВФ (ЭИ-415), 38Х2Ю.Иностранные аналоги DIN 41CrAlMo7 (1.8509).

Контроль параметров шероховатости поверхности проводился контактным (щуповым) методом на профилограф-профилометре «Абрис ПМ7».

В экспериментальной части работы предусматривается проведение серий экспериментов по влияния подачи S, глубины t, и скорости резания V и СОЖ на шероховатость поверхности.

Для обработки результатов эксперимента построены графики зависимостей параметров шероховатости Ra от t, S, V по данным протокола.

Силы резания измерялись динамометром УДМ-600 с комплектом аппаратуры. Схема включения динамометра и измерительной аппаратуры представлена на рисунке 1

C:\\Users\\User\\AppData\\Local\\Temp\\FineReader10\\media\\image13.jpeg

а) Схема измерения сил резания:

Динамометр; 2-Преобразователь; 3,4- Регистрирующий и записывающий

приборы

D:\\Магистры\\Иследование Маргарита\\20191104_115907.jpg

б) фотография заготовки и динамометра УДМ-600 установленных на

токарном станке с ЧПУ ROMI С 620

Рисунок 1

Сделаны выводы о характере влияния t, S, , СОЖ на параметры шероховатости.

Исследование влияния элементов режима резания на силы, возни-кающие в процессе обработки, заключается в определении влияния подачи, глубины и скорости резания на силы PZ, PX, PY. Эксперименты проводятся в следующей последовательности:

1) Определяется зависимость сил PZ, PX, PY от глубины резания t. Эксперименты проводятся при переменных значениях глубины резания t1, t2,t3,t4и постоянных значениях скорости резания и подачи.

2) Определяется зависимость сил PZ, PX, PY от подачи S. По аналогии с первой серией опытов измерение составляющих сил резания проводится при постоянных значениях скорости резания, глубины резания и переменной подаче S1S2, S3, S4.

3) Определяется зависимость сил PZ, PX, PY от скорости резания . По аналогии с предыдущими сериями опытов составляющие силы резания измеряются при переменных значениях скорости резания ,, , при постоянных значениях подачи и глубины. Результаты полученных экспериментальных данных заносятся в протокол.

4) Определяется зависимость сил PZ, PX, PY от применений СОЖ.

Точение стали 38ХМЮА проводилась на токарном станке с ЧПУ ROMI C 620 c системой управления SINUMERIK 802D. Система управления позволяет обеспечить постоянство скорости резания при изменении диаметра заготовки.

Принятые технологические режимы резания:

1) скорость резания V=50…350 м/мин;

2) подача S=0,1…0,5 мм/об;

3) глубина резания t=0,1…0,5 мм.

Для повышения эффективности процесса точения стали 38ХМЮА при резании исследовали влияние различных видов СОЖ на водной основе.

Процесс подачи СОЖ при точении осуществлялся методом полива, представленный на рисунке 2. Рабочий состав СОЖ получали разбавлением концентрата с водой в соотношении 1:10.

http://svmeh.ulcraft.com/uploads/s/g/a/1/ga18luhyzupe/img/Uo6s1AYn.jpg

Рисунок 2 - Процесс полива обрабатываемой поверхности СОЖ

Влияние скорости главного движения резания на шероховатость зависит от наростоообразования на режущей кромке инструмента, а также от захвата и отрыва слоев, расположенных под режущей кромкой. Проведена обработка с глубиной резания 0,25 мм и подачей S=0,1 мм/об диапазоне скоростей резания V=50…350 м/мин.

Применение СОЖ при точении снижает, но не устраняет влияние процесса наростобразования при точении.

Применение СОЖ при резании металлов во всех случаях облегчает процесс образования стружки, уменьшает трение, что приводит к уменьшению сил резания. Так применение СОЖ позволяет снизить составляющие PZ, PY на величину 9-10%.

С изменением величины скорости резания меняется характер деформации срезаемого слоя, что влечет за собой изменение величины сил резания PZ, PY, PX. Во всем исследуемом диапазоне скоростей 50-250 м/мин силы резания увеличиваются.

Влияние скорости резания на PZ, PX, PY опосредовано свойствами обрабатываемого материала стали 38 ХМЮА. Так чем больше предел прочности материала на растяжение и твердость HB, теплостойкость, тем больше становятся все три компоненты силы резания.

Применение смазочно-охлаждающей жидкости при резании металлов облегчает процесс образования стружки, уменьшает трение, что приводит к уменьшению сил резания. Исследуемые СОЖ снижают шероховатость поверхности и силы резания. Применение смазочно-охлаждающей жидкости при обработке стали 38ХМЮА можно снизить величин сил резания на 10-12%. Вместе с тем исследования по качеству поверхности и силовой нагрузке при резании не удалось определить наиболее эффективную СОЖ. В данном случае эффективность применения СОЖ следует определять по вопросам ее стоимости, времени рабочего состояния и экологической безопасности. При правильном подборе смазочно-охлаждающей жидкости можно снизить величины Рz на 20-30% (применение растительных масел снижает Рz на 30%, а эмульсий - на 5-10%).

В главе 3 был разработан технологический процесс детали «Вал». В результате проведенной апробации данных полученных в исследовательской части были разработаны маршрутный и программный технологические процессы, управляющая программа для токарного станка с ЧПУ ROMI C 620 для детали «Вал», с внедрением в него СОЖ Эмульсол НГЛ-205, которая показала наилучшие результаты на шероховатость поверхности.

В главе 4 была рассмотрена экология, связанная с составами СОЖ, ее утилизация.

В главе 5 произведены расчеты на смету по материальным затратам.

В заключении просчитана экономическая зависимость исследуемых СОЖ.