Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора
технических наук: 05.03.01 – Технологии и оборудование механической
и физико-технической обработки. — Тихоокеанский государственный
университет. — Комсомольск-на-Амуре, 2009. — 65 с.
Цель работы — повышение качества токарной
обработки полимерных материалов на основе определения стабильности
технологической системы станок-приспособление-инструмент-заготовка
(СПИЗ) и исследования взаимосвязи между параметрами предварительных
внешних (механических, термомеханических и химических) воздействий
на заготовки и качественными показателями обработанной
поверхности.
Научная новизна работы
Разработана математическая модель для определения стабильного и нестабильного состояния технологической системы при точении полимерных материалов. Установлено, что возникновение нестабильного состояния при обработке обусловлено пониженной жесткостью и высоким демпфированием колебаний у полимеров.
Обоснован выбор параметров режима резания полимерных материалов, соответствующих зоне стабильности технологической системы. Экспериментально подтверждено, что точение полимеров в зоне нестабильности приводит к возрастанию колебаний технологической системы, изменению характера процесса стружкообразования и ухудшению параметров качества обработанной поверхности.
Предложено и обосновано применение предварительной механической деструкции поверхностного слоя заготовок из полимерных материалов для повышения качественных параметров обработанной поверхности. Для реализации способа механической деструкции поверхностного слоя сконструированы и изготовлены устройства для предварительной механической обработки заготовок из полимерных материалов, конструкции которых защищены патентами на изобретения.
Научно обосновано применение предварительных термомеханических воздействий на заготовки для снижения энергии активации процесса разрыва связей в полимерных материалах и повышения качества последующей токарной обработки. Разработан новый способ повышения качества обработанной поверхности деталей из полимерных материалов за счет применения предварительного механического деформирования и нагрева заготовок, защищенный патентом на изобретение.
Экспериментально доказана целесообразность предварительного химического воздействия поверхностно-активными веществами на заготовки из полимерных материалов перед обработкой резанием. Разработана методика расчета основных диффузионных параметров при взаимодействии агрессивной среды с полимерным материалом. Разработаны химико-механические способы обработки заготовок из полимерных материалов для повышения эффективности процесса обработки резанием, защищенные патентами на изобретения.
Получена дополнительная информация о кинетике процессов деформирования и разрушения полимерных материалов. Установлено, что на разных стадиях нагружения исследуемых полимерных материалов четко выделяются различные события, идентификация которых осуществляется посредством анализа параметров сигналов акустической эмиссии. Накопление повреждений во всех исследуемых материалах при воздействии внешней нагрузки является сложным многостадийным процессом. Создание предварительного напряженного состояния величиной в пределах (0,6-0,8) приводит к снижению прочности исследуемых полимерных материалов при последующем вторичном деформировании ( - предельная прочностная характеристика материала).
Впервые получены новые результаты по влиянию режимов резания, вида и параметров предварительных воздействий на заготовки из полимерных материалов на такие качественные показатели обработанной поверхности как твердость, параметры шероховатости и отклонения формы поверхностей деталей, и дано научное обоснование установленным зависимостям. Применение предварительной механической деструкции позволило снизить уровень шероховатости обработанной точением поверхности полимерных материалов до 5 раз; в случае создания предварительных напряжений величиной до (0,6-0,8) при сжатии или растяжении заготовок из капролона и нагрева заготовок до 600С позволило снизить шероховатость обработанной поверхности до 4 раз; предварительная обработка заготовок ПАВ обеспечивает снижение уровня шероховатости до 4,5 раз.
Практическая значимость работы заключается в том, что использование теоретических и технологических разработок позволило определить пути повышения качества токарной обработки полимерных материалов за счет выбора рациональных режимов резания и параметров предварительных термомеханических и химических воздействий:
Разработаны методика и алгоритм, позволяющие определить оптимальные режимы резания полимерных материалов, обеспечивающие стабильность технологической системы СПИЗ и требуемое качество обработанной поверхности.
Разработаны новые комбинированные способы обработки полимерных материалов на основе предварительных термомеханических и химических воздействий и точения (патенты № 2203183, 2317196, 2328374). Научно-обоснованные рекомендации промышленного использования данных способов внедрены в ОАО «Дальневосточный научно-исследовательский институт технологии судостроения», в ОАО «Дальэнергомаш», ООО «Хабаровский завод металлоизделий», ФГУП «Хабаровский судостроительный завод», что подтверждается актами внедрения и положительным заключением о результатах производственных испытаний.
Разработаны устройства для осуществления предварительной механической деструкции поверхностного слоя заготовок из полимерных материалов, конструкции которых защищены патентами на изобретения (патенты № 2284911, 2207937, 2342249). Устройство для предварительной обработки заготовок из пластмасс (патент № 2284911) испытано и внедрено в производственный процесс восстановления и ремонта узлов и механизмов в филиале ОАО РЖД Хабаровского отделения ДВЖД «Локомотивном депо» ст. Вяземская. Применение данного устройства позволило снизить среднее арифметическое отклонение профиля обработанной поверхности деталей из текстолита и гетинакса до 4 раз.
Определены значения параметров предварительных физико-химических воздействий: диаметр точечных микроповреждений, глубина и шаг их нанесения в случае применения механической деструкции поверхностного слоя; значения растягивающего или сжимающего усилий в случае применения предварительного растяжения/сжатия заготовок; температурный диапазон тепловой обработки (Тхр<∆tэкспл.<Тстекл) материалов; время эффективной химической обработки и вид поверхностно - активного вещества для конкретного полимерного материала.
Научная новизна работы
Разработана математическая модель для определения стабильного и нестабильного состояния технологической системы при точении полимерных материалов. Установлено, что возникновение нестабильного состояния при обработке обусловлено пониженной жесткостью и высоким демпфированием колебаний у полимеров.
Обоснован выбор параметров режима резания полимерных материалов, соответствующих зоне стабильности технологической системы. Экспериментально подтверждено, что точение полимеров в зоне нестабильности приводит к возрастанию колебаний технологической системы, изменению характера процесса стружкообразования и ухудшению параметров качества обработанной поверхности.
Предложено и обосновано применение предварительной механической деструкции поверхностного слоя заготовок из полимерных материалов для повышения качественных параметров обработанной поверхности. Для реализации способа механической деструкции поверхностного слоя сконструированы и изготовлены устройства для предварительной механической обработки заготовок из полимерных материалов, конструкции которых защищены патентами на изобретения.
Научно обосновано применение предварительных термомеханических воздействий на заготовки для снижения энергии активации процесса разрыва связей в полимерных материалах и повышения качества последующей токарной обработки. Разработан новый способ повышения качества обработанной поверхности деталей из полимерных материалов за счет применения предварительного механического деформирования и нагрева заготовок, защищенный патентом на изобретение.
Экспериментально доказана целесообразность предварительного химического воздействия поверхностно-активными веществами на заготовки из полимерных материалов перед обработкой резанием. Разработана методика расчета основных диффузионных параметров при взаимодействии агрессивной среды с полимерным материалом. Разработаны химико-механические способы обработки заготовок из полимерных материалов для повышения эффективности процесса обработки резанием, защищенные патентами на изобретения.
Получена дополнительная информация о кинетике процессов деформирования и разрушения полимерных материалов. Установлено, что на разных стадиях нагружения исследуемых полимерных материалов четко выделяются различные события, идентификация которых осуществляется посредством анализа параметров сигналов акустической эмиссии. Накопление повреждений во всех исследуемых материалах при воздействии внешней нагрузки является сложным многостадийным процессом. Создание предварительного напряженного состояния величиной в пределах (0,6-0,8) приводит к снижению прочности исследуемых полимерных материалов при последующем вторичном деформировании ( - предельная прочностная характеристика материала).
Впервые получены новые результаты по влиянию режимов резания, вида и параметров предварительных воздействий на заготовки из полимерных материалов на такие качественные показатели обработанной поверхности как твердость, параметры шероховатости и отклонения формы поверхностей деталей, и дано научное обоснование установленным зависимостям. Применение предварительной механической деструкции позволило снизить уровень шероховатости обработанной точением поверхности полимерных материалов до 5 раз; в случае создания предварительных напряжений величиной до (0,6-0,8) при сжатии или растяжении заготовок из капролона и нагрева заготовок до 600С позволило снизить шероховатость обработанной поверхности до 4 раз; предварительная обработка заготовок ПАВ обеспечивает снижение уровня шероховатости до 4,5 раз.
Практическая значимость работы заключается в том, что использование теоретических и технологических разработок позволило определить пути повышения качества токарной обработки полимерных материалов за счет выбора рациональных режимов резания и параметров предварительных термомеханических и химических воздействий:
Разработаны методика и алгоритм, позволяющие определить оптимальные режимы резания полимерных материалов, обеспечивающие стабильность технологической системы СПИЗ и требуемое качество обработанной поверхности.
Разработаны новые комбинированные способы обработки полимерных материалов на основе предварительных термомеханических и химических воздействий и точения (патенты № 2203183, 2317196, 2328374). Научно-обоснованные рекомендации промышленного использования данных способов внедрены в ОАО «Дальневосточный научно-исследовательский институт технологии судостроения», в ОАО «Дальэнергомаш», ООО «Хабаровский завод металлоизделий», ФГУП «Хабаровский судостроительный завод», что подтверждается актами внедрения и положительным заключением о результатах производственных испытаний.
Разработаны устройства для осуществления предварительной механической деструкции поверхностного слоя заготовок из полимерных материалов, конструкции которых защищены патентами на изобретения (патенты № 2284911, 2207937, 2342249). Устройство для предварительной обработки заготовок из пластмасс (патент № 2284911) испытано и внедрено в производственный процесс восстановления и ремонта узлов и механизмов в филиале ОАО РЖД Хабаровского отделения ДВЖД «Локомотивном депо» ст. Вяземская. Применение данного устройства позволило снизить среднее арифметическое отклонение профиля обработанной поверхности деталей из текстолита и гетинакса до 4 раз.
Определены значения параметров предварительных физико-химических воздействий: диаметр точечных микроповреждений, глубина и шаг их нанесения в случае применения механической деструкции поверхностного слоя; значения растягивающего или сжимающего усилий в случае применения предварительного растяжения/сжатия заготовок; температурный диапазон тепловой обработки (Тхр<∆tэкспл.<Тстекл) материалов; время эффективной химической обработки и вид поверхностно - активного вещества для конкретного полимерного материала.