Введение к работе
Актуальность работы.
В условиях рыночной экономики при оценке эффективности производственного и технологического процесса на первое место выходят такие показатели, как себестоимость, качество продукции и производительность процесса.
В настоящее время накоплен значительный опыт в вопросах повышения эффективности процесса резания с точки зрения различных взглядов и исходных предположений. При этом разработан целый ряд способов повышения эффективности процесса резания, каждый из которых в той или иной степени доказал свою жизнеспособность. Однако большинство из разработанных способов позволяет улучшить какой-то один из показателей эффективности, не влияя на другие. В большинстве случаев это оправдано и вполне отвечает требованиям экономической целесообразности. Однако есть отдельные случаи, когда крайне важно улучшить сразу несколько показателей эффективности, как в случае резания труднообрабатываемых материалов.
К таким материалам относятся нержавеющие стали аустенитного класса. Их обработка характеризуется повышенным износом инструмента, низким качеством поверхности и малыми значениями применяемых скоростей резания.
Проведенный анализ литературных источников показал, что среди возможных способов повышения износостойкости инструмента и обрабатываемости сталей резание с опережающим пластическим деформированием является одним из наиболее эффективных, что наряду с достаточной простотой реализации делает целесообразным детальное исследование всех его аспектов.
Однако, на данной стадии изучения вопроса является очевидным наличие множества пробелов в принципиально важных вопросах, связанных с физикой контактных процессов, качеством поверхностного слоя, закономерностями формирования профиля поверхности, износом инструмента, теплофизическими характеристиками материалов после деформирования, и многих других. Заметим, что указанные неисследованные вопросы являются принципиальными лимитирующими факторами на пути развития и практического применения данного способа.
Устранение имеющихся пробелов, а также разработка конкретных практических рекомендаций по назначению режимов опережающего деформирования и последующего резания является актуальной проблемой.
Цель работы.
Повышение эффективности обработки резанием нержавеющих и жаропрочных сталей аустенитного класса за счет применения опережающего пластического деформирования.
В рамках достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:
1. исследование характера контактного взаимодействия и протекающих на участке контакта физических процессов при резании нержавеющих и жаро-
4 прочных сталей аустенитного класса с опережающим пластическим деформированием;
анализ процесса стружкообразования в зависимости от режимов опережающего деформирования и выявление оптимальных величин глубины деформированного слоя с точки зрения удельной работы стружкообразования;
исследование процесса формирования микропрофиля обработанной поверхности в широком диапазоне скоростей резания и усилий опережающего деформирования при обработке нержавеющих и жаропрочных сталей аустенитного класса;
исследование процесса износа инструмента в условиях оптимальной величины глубины деформированного слоя с точки зрения удельной работы стружкообразования и качества поверхностного слоя;
разработка и проверка практических рекомендаций по назначению режимов обработки при резании нержавеющих и жаропрочных сталей аустенитного класса с опережающим пластическим деформированием;
оценка экономической, технологической и энергетической эффективности процесса резания нержавеющих и жаропрочных сталей аустенитного класса с опережающим пластическим деформированием;
проектирование и внедрение специального устройства для эффективного осуществления процесса резания нержавеющих и жаропрочных сталей аустенитного класса с опережающим пластическим деформированием.
Методы и средства исследования.
Теоретические исследования проводились с использованием основных положений теории резания, технологии машиностроения, физики твердого тела и статистического анализа.
Экспериментальные исследования проводились по методам планирования экспериментов с применением современных регистрирующих средств. Основными средствами получения экспериментальных данных были: токарно-винто-резный станок с плавным регулированием скорости вращения шпинделя, специальное приспособление для опережающего пластического деформирования, лабораторные средства измерения основных параметров процесса резания. Методика проведения экспериментальных исследований в целом базируется на основных положениях, разработанных на кафедре «Технология машиностроения» ВолгГТУ.
Научная новизна работы.
Установлена однозначная связь между структурой кристаллической решетки обрабатываемой стали и эффективностью применения опережающего пластического деформирования для улучшения обрабатываемости резанием.
Описаны механизмы влияния опережающего пластического деформирования на износ твердосплавного инструмента с различным фазовым составом с точки зрения физических процессов при резании.
3. Описан механизм влияния опережающего пластического деформирова
ния на частоту цикличности стружкообразования и связанную с ней шерохова
тость поверхности после резания.
4. Доказано существование связи между энергетическим состоянием
твердого тела и обрабатываемостью резанием.
Практическая ценность.
Разработан способ обработки резанием с опережающим пластическим деформированием.
Спроектировано и изготовлено специальное приспособление для реализации способа обработки резанием с опережающим пластическим деформированием.
Определены наиболее эффективные марки твердого сплава инструментального материала для обработки резанием нержавеющих сталей аустенитного класса с опережающим пластическим деформированием.
Разработаны практические рекомендации по выбору и назначению режимов резания и опережающего пластического деформирования с точки зрения минимальной шероховатости поверхности и максимальной износостойкости режущего инструмента.
Апробация работы.
Основные положения работы докладывались на XII, XIII и XIV региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2007, 2008, 2009), П международной научно-технической конференции (Резни-ковские чтения, 2008), ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава ВолгГТУ в 2008, 2009 гг.
Публикации.
Основные материалы диссертации опубликованы в 9 печатных работах, в том числе в четырех изданиях, рекомендованных ВАК, и одном зарубежном. Получен патент РФ на изобретение способа обработки резанием.
Реализация результатов работы.
Результаты исследования приняты к внедрению в ООО «Волгоградсервис». Прогнозируемый годовой эффект составляет 430000 рублей.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 127 страниц машинописного текста, 41 рисунок, 17 таблиц, список литературы, включающий 115 наименований (из них 12 зарубежных).
