Главная Коллекция "Otherreferats" Производство и технологии Повышение качества токарной обработки полимерных материалов на основе обеспечения стабильности технологической системы и предварительных внешних воздействий на заготовки

Повышение качества токарной обработки полимерных материалов на основе обеспечения стабильности технологической системы и предварительных внешних воздействий на заготовки

Разработка нелинейной математической модели колебаний и моделирование колебаний технологической системы при точении заготовок из полимерных материалов. Установление зоны нестабильности динамической системы при токарной обработке полимерных материалов.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	автореферат
Язык	русский
Дата добавления	12.02.2018
Размер файла	1,3 M

посмотреть текст работы

скачать работу можно здесь

полная информация о работе

весь список подобных работ

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Измерение твердости обработанной поверхности по Бринеллю производилось в соответствии с положениями ГОСТ 4670-9. Оценка отклонений формы обработанных поверхностей производилась с применением цифрового измерительного комплекса Rondcom 41C производства Японии. В качестве контролируемых параметров отклонений формы получаемых поверхностей использовались: отклонение от цилиндричности, отклонение образующей от прямолинейности, отклонение от круглости. Шероховатость поверхности контролировали при помощи профилометра TR 200 производства США. Оценивались основные параметры шероховатости согласно ГОСТ 2789-73 и международного стандарта ISO 4288. Исследование структуры стружек и характера поверхностей разрыва производилось на электронном микроскопе Micro 200.

Шероховатость обработанной поверхности. На рис. 8 представлены результаты исследования уровня шероховатости поверхности деталей из капролона в виде профилограмм, а численные значения исследуемых параметров шероховатости сведены в табл. 1. Анализ численных значений геометрических параметров шероховатости обработанной поверхности исследуемых материалов также подтверждают тот факт, что применение предварительного механического деформирования приводит к повышению качества обработанной поверхности, при этом предварительное деформирование заготовок путем сжатия обеспечивает максимальный эффект.

Таблица 1

Результаты исследования шероховатости поверхности деталей при различных видах обработки

	Вид обработки	параметры шероховатости, мкм
		Ra	Rz	Rmax	Rp	Rm	Sm	Sk
капролон	Предварительное сжатие+точение	4,39	5,68	9.01	5,32	3,696	1,38	-0,17
	Предварительное растяжение+точение	5,92	13,70	20.75	9,52	11,23	0,27	-0,57
	Точение	7,6	22,72	35.97	14,02	21,95	0,33	0,27
фторопласт	Предварительное сжатие+точение	3,13	14,34	18.03	9,11	8,920	0,50	-0,12
	Предварительное растяжение+точение	3,505	15,24	20.75	9,23	11,52	0,18	0,60
	Точение	8,7	20,20	37.90	14,80	23,10	0,20	0,13
текстолит	Предварительное сжатие+точение	3,75	16,14	22.80	10,99	11,81	0,23	-0,23
	Предварительное растяжение+точение	4,51	19,85	31.15	15,58	15,57	0,18	0,081
	Точение	10,0	40,53	48.43	26,27	22,16	0,219	0,560
гетинакс	Предварительное сжатие+точение	4,37	16,52	23.73	11,04	12,69	0,297	0,055
	Предварительное растяжение+точение	5,87	25,5	20.28	10,47	9,811	0,25	0,643
	Точение	10,0	37,93	56.48	26,02	30,46	0,25	0,699

Общую тенденцию снижения шероховатости обработанной точением поверхности после предварительного деформирования путем сжатия можно объяснить следующим образом. После снятия сжимающей нагрузки на заготовку в объеме материала действуют остаточные растягивающие напряжения, обеспечивающие эффект двойного технологического разупрочнения поверхностного слоя заготовки. Во-первых, за счет их действия появляются поверхностные дефекты в виде микротрещин. Во-вторых, в вершинах имеющихся и появившихся микротрещин образуются зоны перенапряжения или зоны пластической деформации, как будет показано в главе 5. В данных зонах имеет место частичное разрушение как химических, так и межмолекулярных связей полимера, что и является основой смягчения условий дальнейшей токарной обработки и повышения качества обработанной поверхности, в соответствии с технической сущностью разработанного исследуемого способа (патент № 2317196).

Следующая серия экспериментов посвящена исследованию величины подачи на шероховатость поверхности. Данные исследования проводились при параметрах режима резания с учетом стабильности технологической системы при точении капролона, а именно: глубина резания составляла 1,0 мм, скорость резания равнялась 100 м/мин. Значения подачи варьировались в диапазоне от 0,1 до 0,28 мм/об. Заготовки перед точением последовательно подвергались механическому деформированию и нагреву до температуры 60^оС.

Рис. 8 Профилограммы поверхностей деталей из капролона: а - точение; б - предварительное растяжение и точение; в - предварительное жатие и точение

Распределение параметра шероховатости R_a обработанной точением поверхности капролона после применении предварительного растяжения, сжатия и теплового воздействия представлены на рис. 8. Сравнительный анализ показывает, что вариант комбинированной обработки на основе предварительных сжатия и нагрева является предпочтительным с точки зрения формирования шероховатости поверхности заготовки, впоследствии обрабатываемой точением. Во всем диапазоне реализуемых подач наблюдается значительное (до 5 раз) снижение величины среднего арифметического отклонения профиля обработанной поверхности по сравнению с величинами параметра R_а для базового варианта обработки. Такой значимый положительный эффект объясняется совместным влиянием как механического, так и теплового воздействий. Как видно из рис. 9, в интервале подач от 0,16 до 0,28 мм/об наблюдается резкое снижение качества обработанной поверхности, о чем свидетельствует рост значений параметра Ra для всех исследуемых вариантов обработки. Такой характер изменения качества обработанной поверхности объясняется тем, что, согласно представленным в главе 2 результатам по определению зон нестабильности при точении капролона, при скорости резания 100 м/мин и глубине резания 1мм значение подачи 0,16 мм/об соответствует границе перехода от зоны стабильности в зону нестабильности состояния технологической системы СПИЗ, а это сопровождается ухудшением условий стружкообразования и снижением качества обработанной поверхности.

Отклонения формы. Применение предварительного термомеханического воздействия на заготовки способствует некоторому снижению значения отклонения от круглости.

Рис 9 Качество обработанной поверхности капролона: 1 - точение; 2 - точение после предварительного термомеханического воздействия; а - сжатие и нагрев; б - растяжение и нагрев

Так, после токарной обработки заготовок из фторопласта-4 обычным способом отклонения от круглости составляет 23 мкм, после обработки с предварительным растяжением и нагревом -15 мкм и для варианта с предварительным сжатием и нагревом - 13 мкм (рис.10).

Значения непрямолинейности образующей деталей (рис. 11), полученных при исследуемых вариантах обработки, отличаются незначительно и составляют 18 мкм при традиционном точении, 14 мкм после точения с применением предварительного термомеханического воздействия на заготовки.

Согласно данным по нецилиндричности (рис. 12) предварительное термомеханического воздействия на заготовки приводит к снижению нецилиндричность до 2-х раз. В случае обычной токарной обработки заготовки максимальное отклонение от цилиндричности составляет 20,14 мкм; после точения с предварительным сжатием и нагревом заготовки данное отклонение не превышает 9,5 мкм; после точения с предварительным растяжением и нагревом заготовки данное отклонение составляет 12 мкм.

а б в

Рис. 10 Отклонение от круглости деталей из фторопласта-4 после токарной обработки: а - базовый вариант; б - растяжение и нагрев; в -сжатие и нагрев

Рис. 11 Отклонение от прямолинейности образующей деталей из фторопласта-4 после токарной обработки:1 - базовый вариант; 2 - растяжение и нагрев; 3 -сжатие и нагрев

а б в

Рис. 12 Отклонение от цилиндричности деталей из фторопласта-4 после токарной обработки: а - базовый вариант; б - растяжение и нагрев; в -сжатие и нагрев

Таким образом, экспериментально подтверждены возможность и целесообразность применения предварительного термомеханического воздействия на заготовки, так как такое воздействие перед операцией точения приводит к снижению таких показателей отклонений формы обработанных поверхностей как некруглости и нецилиндричность; отклонения от прямолинейности имеют примерно равные значения независимо от варианта обработки или снижаются незначительно.

Твердость обработанной поверхности. В данной серии экспериментов точение заготовок осуществлялось при величине подачи 0,1 мм/об, глубине резания 1 мм и скорости резания 100 м/мин. Такие параметры резания обеспечивают стабильность технологической системы СПИЗ (глава 2).

Сопоставление данных эксперимента (табл. 2) показывает, что токарная обработка заготовок из полимерных термопластичных материалов, как после предварительного сжатия/растяжения, так и без него, приводит к повышению твердости обработанной поверхности. Во всех случаях обработки гетинакса и текстолита имеет место разупрочнение обработанной поверхности заготовок.

Таблица 2

Результаты исследования поверхностной твердости деталей при различных видах обработки

Способ обработки заготовок

Твердость материала (по Бринеллю), МПА

Коэффициент упрочнения

Материал заготовок

Капролон

Фторопласт-4

Гетинакс

Текстолит

Точение

189

41

228

219

Предварительное сжатие + точение

180

38

210

204

Предварительное растяжение + точение

185

35

220

214

Необработанные заготовки

143

31

247

232

При нагружении полимерных термопластичных материалов силами резания начинается сложный процесс перестройки надмолекулярной структуры материала. Гетерогенность материала приводит к значительным изменениям межсферолитного аморфного пространства и формированию там упорядоченной фибриллярной структуры, что и является причиной роста кристаллической фазы материала. Повышение степени кристалличности полимеров приводит к повышению твердости, модуля упругости, прочности и других механических характеристик.

При механической обработке резанием слоистых полимерных материалов типа текстолита или гетинакса происходит разрушение целостности поверхностного слоя детали, удаляется наружный слой полимеризованного связующего, перерезаются армирующие волокна и происходит их разлохмачивание. Все это вместе приводит к образованию дефектного, деструктированного поверхностного слоя, физико-химические характеристики которого значительно отличаются от характеристик исходной структуры. Предварительное сжатие заготовок приводит к технологическому разупрочнению части материала, что позволяет несколько снизить уровень термомеханической деструкции поверхностного слоя заготовки при последующей токарной обработке, о чем свидетельствует соответствующее увеличение твердости обработанной поверхности текстолита. Некоторое повышение твердости обработанной поверхности наблюдается после точения заготовок, подвергшихся предварительному растяжению по причине, изложенной выше.

Пятая глава посвящена исследованию влияния предварительной механической деструкции поверхностного слоя полимерных материалов на качество обработанной точением поверхности. Произведен анализ напряженно-деформируемого состояния полимерных материалов с начальными технологическими дефектами при резании, на основании которого научно обосновано применение предварительной механической деструкции. Представлено описание конструкций устройств (патенты №2207937, 2284911) для реализации предварительной механической деструкции заготовок из полимерных материалов.

В многочисленных экспериментальных исследованиях установлено, что под действием возникающих напряжений в процессе резания происходит сжатие и простой сдвиг обрабатываемого материала. В механике разрушения тел с трещинами рассматриваются три основные схемы частных видов деформаций: I - нормальный отрыв, при котором поверхности трещины прямо расходятся одна от другой во взаимно противоположных направлениях; II - поперечный сдвиг, приводящий к скольжению поверхностей трещины одна относительно другой в плоскости деформации; III - продольный сдвиг (связан с антиплоской деформацией), при котором одна поверхность скользит по другой параллельно направляющему фронту трещины. В качестве модели для анализа поведения полимерного материала, содержащего трещины, выбрана схема II. В окрестности трещины для плоской деформации напряжения выражаются как

(8)

, ,

где - коэффициент интенсивности напряжений; , - полярные координаты с полюсом в вершине трещины; - коэффициент Пуансона.

Для бесконечной пластины с трещиной, которая на бесконечном расстоянии от трещины находится в состоянии однородного плоского сдвига, , где - касательное напряжение; - размер трещины.

Главные напряжения , и описываются уравнениями

; (9)

При достижении предела текучести в окрестности трещины происходит пластическая деформация материала, а при дальнейшем увеличении нагрузки и достижении предела прочности будет происходить развитие трещины. В качестве условия достижения предельного состояния использовано условие Мизеса:

, где - предел текучести. (10)

Из рис. 13 видно, что пластическая деформация локализована у вершины трещины, а на размер этой зоны, как следует из выражения (10), влияют приложенная нагрузка и размер трещины .

В материале заготовки имеется большое число хаотически расположенных микротрещин, характерные размеры которых 0,1ч10 мкм, что связано с технологией получения полимерных материалов. Поэтому у вершин микротрещин зоны пластических деформаций, возникающих при резании, также будут расположены случайным образом. Вследствие этого могут образовываться дефекты обработанной поверхности - вырывы, сколы и т. п., что снижает качество поверхности.

На основании представленной модели обосновано применение предварительной механической обработки поверхностного слоя деталей из полимерных материалов для создания зон пластической деформации при взаимодействии напряжений, возникающих в вершинах соседних трещин. Тогда при резании появляется возможность управления процессом развития опережающей трещины за счет задания размеров предварительно нанесенных повреждений и расстояния между ними.

Рис. 13 Распределение напряжений у вершины трещины (<<)

Механизм формирования зон пластической деформации от соседних трещин показан на рис. 14. При действии внешней нагрузки (силы резания) в заштрихованных зонах будет происходить суммирование напряжений от соседних трещин и опережающей трещины, и в этих зонах будет развиваться пластическая деформация. В связи с этим, распространение магистральной трещины, с большой вероятностью, будет происходить вдоль линии среза без существенных отклонений в глубь материала. Это позволит предотвратить образование дефектов на поверхностном слое обработанной детали, т. е. повысить качество обработки.

Рис. 14 Механизм формирования зон пластической деформации при резании: 1 - резец; 2 - заготовка; 3 - микроповреждение; - совмещенная зона пластической деформации

Экспериментальные исследования проводились в два этапа. На первом этапе выполнен постановочный эксперимент для оценки исходной шероховатости обработанной поверхности заготовок из гетинакса, текстолита, фторопласта и капролона. В качестве выходного параметра из номенклатуры параметров шероховатости (ГОСТ 2789-73*) выбрано среднее арифметическое отклонение профиля Rа.

На втором этапе токарная обработка проводилась после того, как на поверхность экспериментальных образцов были нанесены точечные микроповреждения в виде отверстий конической формы. Поскольку исследуется новый технологический процесс и априорная информация в этой области отсутствует, при проведении эксперимента учитывались такие факторы, которые, исходя из рассмотренного механизма формирования зон пластической деформации, имеют значимое влияние на образование поверхности: глубина нанесения микроповреждений h, шаг отверстий t, диаметр отверстий d.

На рис. 15 представлены результаты экспериментальных исследований по точению образцов из текстолита и фторопласта, проведенных на втором этапе. Глубина резания t для данных опытов поддерживалась равной глубине нанесения предварительных микроповреждений h и составляла соответственно 3 мм. Обработка производилась при режимах резания, выбранных с учетом стабильности технологической системы в соответствии с рекомендациями главы 2:, глубина резания 1 мм, величина продольной подачи 0,1 мм/об; скорость резания 100 м/мин для фторопласта 150 м/мин для текстолита.

На основании полученных данных при постановочном эксперименте за базовое принято значение параметра R_а для текстолита 10,0 мкм, для фторопласта - 8,7 мкм.

Из рис. 15 следует, что наличие микроповреждений в поверхностном слое обрабатываемой заготовки обеспечивает повышение качества получаемой поверхности, о чем свидетельствует максимальное снижение параметра R_a в среднем в 2 раза для исследуемых материалов. При этом наблюдается тенденция снижения величины среднего арифметического отклонения профиля с увеличением диаметра микроповреждений. Характер распределения кривых R_a=f(t₀) при исследуемых параметрах t и d позволяет сделать вывод о существовании диапазонов оптимальных значений параметра t₀, соответствующих минимальным значениям R_a.

Таким образом, нанесение предварительных механических повреждений позволяет снизить среднее арифметическое отклонение профиля при последующей токарной обработке для различных полимерных материалов от 2 до 5 раз в зависимости от геометрических параметров предварительных повреждений. Установлены оптимальные сочетания геометрических параметров микроповреждений (диаметра, глубины и шага их нанесения) и глубины резания полимерных материалов, повышающие качество обработанной поверхности.

Рис. 15 Зависимость шероховатости обработанной поверхности от шага микроповреждений при t=h=3 мм: 1- d = 2 мм; 2 - d = 3 мм; 3 - d = 4 мм; а -текстолит; б-фторопласт

При этом токарную обработку допускается проводить при глубине резания, превышающей глубину нанесения микроповреждений, что повышает производительность процесса за счет увеличения толщины снимаемого слоя с поверхности детали.

Шестая глава посвящена исследованию влияния предварительной обработки поверхностно-активными веществами (ПАВ) полимерных материалов на их прочностные свойства и качественные параметры обработанной точением поверхности деталей. В данной главе представлены методика расчета диффузионных параметров при взаимодействии ПАВ с полимерным материалом, описание комбинированных способов обработки полимерных материалов на основе предварительной обработки ПАВ и точения и результаты экспериментальных исследований.

Процесс изменения механических свойств конструкционных полимерных материалов при взаимодействии с ПАВ в общем случае определяется двумя диффузионными параметрами - временем обработки средой и глубиной обработанного слоя материала.

Как было уже указано, полимерные материалы имеют внутренние и поверхностные микродефекты, обусловленные технологическими процессами их производства. При действии ПАВ микродефекты развиваются в макродефекты, например макротрещины. Поверхностные дефекты в случае воздействия среды являются более опасными, чем внутренние, в которые среда в начальный период обработки не проникает. Таким образом, время обработки материалов средой можно выразить как

, (11)

где - время проникновения жидкости к вершинам микротрещин, находящимся на поверхности образца;

- время диффузии растворителя (ПАВ) с поверхности микротрещин в микрообъем материала.

Время проникновения среды определяется скоростью движения вязкой смачивающей жидкости внутри микротрещины.

Рассматривая движение жидкости в трещине как плоский гидродинамический поток и приравнивая к нулю сумму всех сил, действующих в таком потоке, получаем следующее выражение:

. (12)

После преобразования уравнение (12) получим выражение для скорости потока в микротрещине:

. (13)

Подставим выражение (13) в формулу , и окончательно получим выражение для оценки времени проникновения жидкости к вершинам микротрещин;

, (14)

где S_тж- коэффициент растекания ПАВ, н/м; - плотность ПАВ, кг/м³; l_x, h_z- размеры микротрещины, м; - динамическая вязкость ПАВ, нс/м²; Н - высота столба ПАВ, м.

Для определения времени диффузии растворителя (ПАВ) с поверхности микротрещин в микрообъем материала используем общеизвестное дифференциальным диффузии уравнение Фика:

. (15)

Решение уравнения (15) при начальном С=0 при =0 и граничном условии С=С₀ при х=0 имеет вид:

С_х= (1-erf z), (16)

где erf z -функция ошибок Гаусса; и erf z =.

Решение уравнения (16) можно представить в виде ряда и ограничиваясь первыми двумя членами разложения, окончательно получим

. (17)

Из уравнения (17) получим выражение для расчета продолжительности обработки ПАВ при заданной глубине х проникновения диффузанта в объем материала:

. (18)

Для расчета требуемого значения глубины х проникновения диффузанта концентрацией С_х за время диффузии можно использовать следующую зависимость:

, (19)

где С_х - текущее значение концентрации ПАВ; С₀ - начальное значение концентрации ПАВ; D - коэффициент диффузии, м²/с;

Экспериментальные исследования проводились в несколько этапов. На первом этапе проводилось исследование кинетики взаимодействия ПАВ с исследуемыми материалами, определялись опытные величины С_х и произведен расчет коэффициента диффузии D и параметров и х. Параллельно определялись прочность и характер поведения под нагрузкой исследуемых полимерных материалов в зависимости от продолжительности предварительной обработки ПАВ. Прочность образцов оценивалась по значению разрывного напряжения для текстолита и гетинакса и по величине предела вынужденной эластичности для капролона по методике, изложенной в главе 2.

Выбор ПАВ для обработки исследуемых материалов производился на основе учета разности параметров растворимости полимера и среды, с уменьшением которой интенсивность воздействия ПАВ на полимеры увеличивается. Таким образом, образцы из капролона обрабатывались ацетоном, а из гетинакса и текстолита - толуолом.

Результаты исследования влияния времени обработки ПАВ на изменение прочности материала и концентрации в нем ПАВ представлены на рис. 16. Для исследуемых полимерных материалов снижение прочности происходит с разной интенсивностью в течение их обработки ПАВ. Период резкого снижения прочности для капролона с 85 до 58 МПа составляет около 4 часов; для гетинакса - 6 часов. За это время обработки ПАВ прочность текстолита снижается с 120 до 57 МПа. Период плавного снижения для капролона длится до18 часов выдержки в ПАВ, для гетинакса - 16. Далее наблюдается период стабилизации минимального значения прочности, т.е. дальнейшая обработка ПАВ не способствует снижению прочности материалов. Такой характер изменения прочности материалов коррелируется с характером изменения концентрации ПАВ в материале, распределение которой (рис. 16, кривые 2) также характеризируется тремя отчетливыми периодами.

Снижение прочности полимерных материалов и кинетика их разрушения обуславливаются адсорбционным эффектом снижения прочности молекулами ПАВ, приводящий к снижению поверхностной энергии материала и уменьшению потенциального барьера разрыва химических связей в вершине трещины разрушения при деформировании образцов.

Рис. 16 Прочность материала и концентрация ПАВ в зависимости от времени обработки: 1- концентрация ПАВ; 2 - прочность образца; а - обработка капролона ацетоном; б- обработка гетинакса толуолом

Разупрочняющее действие ПАВ связано с наличием поверхностных и внутренних микротрещин, возникающих в технологическом процессе производства полимерного материала. ПАВ адсорбируются на поверхности тела, внедряясь во все дефекты, мигрируя к основанию трещины, что обеспечивает затруднение смыкания трещин, внутреннее вытравливание, углубление и расширение дефектов, следствием чего снижается прочность и увеличивается хрупкость материала.

Разработан и запатентован способ обработки деталей из пластмасс, сущность которого заключается в направленном изменении свойств обрабатываемого материала путем предварительной обработки поверхностного слоя ПАВ с целью снижения сопротивления разрушению поверхностного слоя заготовки в зоне резания при последующем взаимодействии его с режущим инструментом.

Обработка поверхности заготовки ПАВ приводит к возникновению эффекта разупрочнения поверхностного слоя материала. Возникает структура материала, в которой часть химических и межмолекулярных связей разрушена, а другая часть ослаблена. После обработки заготовки ПАВ производят ее токарную обработку. Благодаря разупрочнению поверхности материала облегчается процесс деформирования срезаемого слоя и снижается сопротивления резанию. Все это обеспечивает более стабильное распространение магистральной трещины впереди режущего клина вдоль линии среза, что является предпосылкой к снижению уровня шероховатости обработанной поверхности заготовок из пластмасс.

На втором этапе проводилась токарная обработка заготовок, предварительно обработанных ПАВ, и комплексно оценивалось качество обработанной поверхности по полученным профилограммам и численным значениям параметров шероховатости. Анализ параметров шероховатости (табл. 3) показывает, что предварительная обработка заготовок из исследуемых полимерных материалов выбранными ПАВ обеспечивает повышение качества обработанной точением поверхности заготовок. Наблюдается снижение значений параметров шероховатости от 2 до 4,5 раз для всех исследуемых материалов.

Таблица 3

Результаты исследования шероховатости поверхности с учетом предварительной обработки ПАВ

Материал	Вид обработки	параметры шероховатости, мкм
		Ra	Rz	Rmax	Rp	Rm	Sm	Sk
Капролон	Обработка ПАВ и точение	4,39	11,6	15,2	7,6	5,89	0,88	-0,17
	Точение	7,6	22,72	35,97	14,02	21,95	0,33	0,27
Текстолит	Обработка ПАВ и точение	4,88	21,16	28,80	12,36	8,22	0,15	-0,18
	Точение	10,0	40,53	48,43	26,27	22,16	0,21	0,56
Гетинакс	Обработка ПАВ и точение	5,16	19,18	26,58	10,63	8,16	0,21	0,55
	Точение	10,0	37,93	56,48	26,02	30,46	0,25	0,69

Таким образом, обработка исследуемых полимерных материалов поверхностно-активными средами приводит к значительному снижению прочности. Снижение прочности после обработки ПАВ происходит с максимальной интенсивностью течение первых 4-6 часов действия, после чего имеет место плавное снижение прочности в интервале времени выдержки до 16-18 часов обработки, и при дальнейшей выдержке прочность материалов стабилизируется. Доказано, что предварительная обработка заготовок ПАВ обеспечивает повышение качества шероховатости обработанной впоследствии точением поверхности; об этом свидетельствует снижение параметров шероховатости от 2 до 4,5 раз.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. На основе гипотезы о существовании явления нестабильности нелинейных динамических систем разработаны нелинейная математическая модель колебаний технологической системы и математическая модель для определения нестабильности при точении полимерных материалов, позволяющие определить зоны стабильного и нестабильного состояний технологической системы. Обоснован выбор режимов резания полимерных материалов, обеспечивающих стабильный характер процесса стружкообразования и высокие показатели качества обработанной поверхности.

2. Научно обоснована целесообразность применения предварительной механической деструкции поверхностного слоя заготовок из полимерных материалов с целью управления направлением развития опережающей трещины при точении заготовок и повышения качественных параметров обработанной поверхности. Для реализации способа механической деструкции поверхностного слоя разработаны устройства для предварительной механической обработки заготовок из полимерных материалов, конструкции которых защищены патентами на изобретения.

3. Экспериментально доказано, что предварительная механическая деструкция поверхности полимерных материалов позволяет снизить среднее арифметическое отклонение профиля обработанной впоследствии точением поверхности от 2 до 5 раз в зависимости от геометрических параметров деструкции. Существуют оптимальные сочетания геометрических параметров микроповреждений и глубины резания полимерных материалов, реализация которых приводит к максимальному повышению качества обработанной поверхности.

4. На основе анализа механизма термофлуктуационного разрушения материалов обосновано применение предварительных механических и тепловых воздействий на заготовки из полимерного материала для снижения энергии активации процесса разрыва связей в материале и повышения качества последующей токарной обработки. Разработан способ повышения качества обработанной поверхности деталей из полимерных материалов за счет применения предварительного механического деформирования и нагрева заготовок, защищенный патентом на изобретение.

5. 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. Создание предварительных напряжений величиной до 0,6-0,8 предела прочности материала при сжатии или растяжении заготовок из полимерных материалов и предварительный нагрев заготовок до температуры согласно условию Т_хр<?t_экспл.<Т_стекл позволило уменьшить шероховатость обработанной точением поверхности по отдельным параметрам до 5 раз, а так же снизить такие показатели отклонений формы обработанных поверхностей, как некруглости и нецилиндричность до 2 раз; отклонения от прямолинейности имеют примерно равные значения независимо от варианта обработки или снижаются незначительно.

6. Токарная обработка заготовок из капролона и фторопласта-4 приводит к повышению твёрдости обработанной поверхности; точение заготовок после предварительного воздействия (сжатия/растяжения) на них усилием 0,6-0,8 предела прочности материала также приводит к упрочнению поверхностного слоя, однако при таких вариантах обработки степень упрочнения материала меньше по сравнению с традиционной токарной обработки; в случае обработки заготовок из текстолита и гетинакса имеет место разупрочнение обработанной поверхности как для варианта токарной обработки, так и для вариантов точения заготовок после предварительного деформирования.

7. На основании результатов анализа физико-химических процессов, происходящих при взаимодействии полимерных материалов с агрессивными средами, научно обоснована и экспериментально доказана целесообразность предварительного воздействия поверхностно-активными веществами на заготовки перед обработкой резанием. Разработана методика расчета основных технологических параметров при взаимодействии поверхностно-активных веществ с полимерным материалом.

8. Доказано, что предварительная обработка заготовок ПАВ обеспечивает снижение уровня шероховатости обработанной впоследствии точением поверхности до 4,5 раз. Разработаны химико-механические способы обработки заготовок из полимерных материалов для повышения эффективности процесса обработки резанием, защищенные патентами на изобретения.

9. Установлено, что накопление повреждений в конструкционных полимерных материалах при действии внешней нагрузки является сложным многостадийным процессом, сопровождающимся образованием упругих волн акустической эмиссии. На разных стадиях нагружения исследуемых полимерных материалов выделяются различные события, идентификация которых осуществляется посредством анализа параметров сигналов акустической эмиссии. Создание предварительного напряженного состояния величиной в пределах (0,6-0,8) приводит к снижению прочности исследуемых полимерных материалов при последующем вторичном деформировании и к сокращению времени достижения предельного состояния материалов. Установлено, что обработка исследуемых полимерных материалов поверхностно-активными средами приводит к значительному снижению прочности. При этом снижение прочности гетинакса, текстолита и капролона после обработки ПАВ происходит с максимальной интенсивностью течение первых 4-6 часов действия, после чего имеет место плавное снижение прочности в интервале времени выдержки до 16-18 часов обработки и при дальнейшей выдержке прочность материалов стабилизируется.

10. Результаты работы внедрены в ОАО «Дальневосточный научно-исследовательский институт технологии судостроения», в ОАО «Дальэнергомаш», в ООО «Хабаровский завод металлоизделий», в ФГУП «Хабаровский судостроительный завод», в филиале ОАО РЖД Хабаровского отделения ДВЖД «Локомотивном депо» ст. Вяземская и используются в учебном процессе Тихоокеанского государственного университета.

Основные результаты работы опубликованы в 71 работе, наиболее значимые из которых следующие

1.Еренков О.Ю. Новые комбинированные способы обработки полимерных материалов резанием на основе предварительных физико- химических и механических воздействий/О.Ю. Еренков, А.Г. Ивахненко, Хосен Ри. Владивосток: Дальнаука, 2007. 219 с.

2.Еренков О.Ю. Исследование комбинированного способа токарной обработки заготовок из полимерных материалов после предварительного термомеханического воздействия /О.Ю. Еренков// Вестник машиностроения.2006. № 7. С. 30-33.

3.Еренков О.Ю.Токарная обработка заготовок из полимерных материалов после механической деструкции поверхностного слоя/ О.Ю. Еренков, А.Г. Ивахненко //Технология машиностроения. 2006. №9. С. 18-20.

4.Еренков О.Ю. Моделирование напряженно-деформированного состояния полимерного материала при резании с учетом взаимодействия трещин/ О.Ю. Еренков, А.Г. Ивахненко // Вестник машиностроения. 2007. № 5. С. 54-57.

5.Еренков О.Ю. Химико-механический подход к обработке полимерных материалов резанием/ О.Ю. Еренков // Вестник машиностроения. 2007. №9. С. 40-43.

6.Еренков О.Ю. Исследование процесса разрушения полимерных материалов методом акустической эмиссии/ О.Ю. Еренков, А.В.Гаврилова, О.В. Башков // Вестник машиностроения. 2007. № 6. С. 59-62.

7.Еренков О.Ю. Термомеханические параметры процесса резания полимерных материалов/ О.Ю. Еренков, А.В. Гаврилова //Технология машиностроения. 2008. №3. С. 13-17.

8.Еренков О.Ю. Влияние условий механической обработки полимерных материалов на твердость обработанной поверхности детали/ О.Ю. Еренков, А.В. Гаврилова, С.П. Захарычев, Д.В. Отмахов// Вестник машиностроения. 2008. №3. С. 46-49.

9.Еренков О.Ю. Повышение качества токарной обработки капролона методом предварительной механической деструкции поверхностного слоя/ О.Ю. Еренков //Справочник. Инженерный журнал. 2005. № 10. С. 16 - 19.

10.Еренков О.Ю. Комбинированный способ токарной обработки заготовок из полимерных материалов/ О.Ю. Еренков, А.Г. Ивахненко // Справочник. Инженерный журнал. 2006. № 5. С. 23 - 28. 8.

11.Еренков О.Ю. Новый подход к снижению уровня шероховатости поверхностей полимерных материалов при токарной обработке/ О.Ю. Еренков // Ремонт, восстановление, модернизация. 2006. №6. С.39-43.

12.Еренков О.Ю. Токарная обработка заготовок из фторопласта с применением метода предварительной механической деструкции/ О.Ю. Еренков // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2006. № 7. С. 43-45.

13.Еренков О.Ю. Способ обработки деталей из пластмасс/ О.Ю. Еренков // Справочник. Инженерный журнал. 2006. № 8. С. 13 - 14.

14.Еренков О.Ю. Оценка работоспособности деталей из полимерных материалов/ О.Ю. Еренков, В.Л. Никишечкин // Химическое и нефтегазовое машиностроение. №1, 2008. С. 45-47.

15.Еренков О.Ю. Стабильность технологической системы при точении полимерных материалов/ О.Ю. Еренков, А.Г. Ивахненко, Е.О. Ивахненко // Известия ОрелГТУ. № 3-7/271(546) 2008. С. 14-23

16.Еренков О.Ю. Повышение эффективности обрабатываемости заготовок из пластмасс/ О.Ю. Еренков // Пластические массы. 2006. № 6. С. 52-55.

17.Еренков О.Ю. Совершенствование технологии механической обработки заготовок из полимерных материалов/ О.Ю. Еренков, А.Г. Ивахненко // Физика и химия обработки материалов. 2007. №1. С. 88-93.

18.Еренков О.Ю. Исследование кинетики разрушения конструкционных полимерных материалов в условиях одноосного растяжения/ О.Ю. Еренков, А.В.Гаврилова, О.В. Башков // Вопросы материаловедения. 2007. №2(50). С.80-87.

19.Еренков О.Ю. Влияние обработки поверхностно-активными веществами на прочность конструкционных полимерных материалов/ О.Ю. Еренков // Физика и химия обработки материалов. 2007. №5. С. 76-79.

20.Еренков О.Ю. Контроль процессов деформирования и разрушения твердых полимерных материалов по значениям параметров сигналов акустической эмиссии / О.Ю. Еренков, А.В.Гаврилова // Пластические массы. 2007. №10. С. 29-31.

21.Еренков О.Ю. Исследование твердости обработанной резанием поверхности термопластичных полимерных материалов/ О.Ю. Еренков // Вопросы материаловедения. 2008. №3(55). С 25-30.

22.Еренков О.Ю. Химико-механические способы обработки полимерных

материалов резанием / О.Ю. Еренков // Пластические массы. 2008. №1. С. 49-52.

23.Еренков О.Ю.Новый способ токарной обработки заготовок из полимерных материалов / О.Ю. Еренков, А.Г. Ивахненко// Известия Института управления и инноваций авиационной промышленности (Известия ИУИ АП). Ростов на Дону: ИУИ АП, 2005. № 3-4. С. 67-74.

24.Еренков О.Ю. Разработка нового подхода к токарной обработке полимерных материалов// О.Ю. Еренков, А.Г. Ивахненко // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2006. №1(2). С.31-39.

25.Еренков О.Ю. Комбинированный способ токарной обработки заготовок из полимерных материалов/ О.Ю. Еренков, А.В. Гаврилова// Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2007. №1(4), С.137-140.

26.Еренков О.Ю. Разработка подхода к резанию полимерных материалов на основе предварительного химического воздействия О.Ю. Еренков, Е.А. Мясников// Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2008. №1(8), С.161-172.

27.Еренков О.Ю. К вопросу об обработке резанием пластмасс. / О.Ю. Еренков, С.А. Ковальчук // Синергетика - 2000: Сб. материалов международной научной конференции. Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2000.

28.Еренков О.Ю. Повышение качества механической обработки пластмасс / О.Ю. Еренков / Синергетика - 2000: Сб. материалов международной научной конференции. Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2000.

29. Еренков О.Ю. К вопросу об обеспечении качества при механической

обработке деталей из пластмасс /О.Ю. Еренков // Проектирование технологических комплексов и процессов: Сборник научных трудов НИИКТ. Хабаровск: Издательство ХГТУ, 2001. Вып. 12. 143 с.

30.Еренков О.Ю. Разработка способа и устройства для механической обработки заготовок из пластмасс/ О.Ю. Еренков, С.А.Ковальчук // Проектирование технологических комплексов и процессов: Сборник научных трудов НИИКТ. Хабаровск: Изд-во ХГТУ, 2001. Вып. 12. 143 с.

31.Еренков О.Ю. Обрабатываемость как критерий оценки качества процесса механической обработки деталей из пластмасс/ О.Ю. Еренков, С.А. Ковальчук// Сертификация и управление качеством продукции: Сборник материалов международной научно-технической конференции. Брянск: БГТУ, 2002.

32.Еренков О.Ю. Повышение эффективности механической обработки полимеров путем химического воздействия на поверхностный слой заготовки/ О.Ю. Еренков //Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов: Материалы Дальневосточного инновационного форума с международным участием: в 2 ч. Хабаровск, Издательство ХГТУ, 2003. Ч.2.

33.Еренков О.Ю. Совершенствование технологии механической обработки полимерных материалов, направленное на повышение качества обработанной поверхности/ О.Ю. Еренков, С.А.Ковальчук, А.Г. Ивахненко // Материалы и технологии XXI века: Сборник статей II Международной научно-технической конференции. Пенза, 2004.

34.Еренков О.Ю. Повышение качества обработки резанием полимерных материалов на основе принципа деструкции поверхностного слоя/ О.Ю. Еренков, С.А.Ковальчук, А.Г. Ивахненко// Динамика технологических систем: Сборник трудов 7 Международной научно-технической конференции (ДТС - 2004). Саратов, 2004.

35.Еренков О.Ю. Физические представления процесса формирования шероховатости поверхности полимерного материала при обработке резанием/ О.Ю. Еренков, Е.В. Комялова// Повышение износостойкости и долговечности машин и механизмов на транспорте: Труды третьего международного симпозиума по транспортной триботехнике « ТРАНСТРИБО-2005». СПб. Изд-во СПбГПУ, 2005, 312 с.

36.Еренков О.Ю. Комплексный подход к обеспечению высокого качества поверхностей деталей из полимерных материалов при обработке резанием/ О.Ю. Еренков, Е.В. Комялова// Технологическое обеспечение качества машин и приборов: Сборник статей II Всероссийской научно- практической конференции. Пенза, 2005.

37.Еренков О.Ю. Разработка и исследование метода повышения качества токарной обработки полимерных материалов/ О.Ю. Еренков, А.Г. Ивахненко, Ю.Г. Кабалдин// Проблемы механики сплошных сред и смежные вопросы технологии машиностроения: Сборник докладов третьей конференции. Владивосток - Комсомольск -на - Амуре: ИМиМ ДВО РАН, 2005. 297 с.

38.Еренков О.Ю Механизм формирования шероховатости поверхности полимерного материала при обработке резанием/ О.Ю. Еренков// Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: материалы III Международной научно - технической конференции: в 2 ч. Ч.2. Курск: Курский государственный технический университет, 2005. С. 110- 114.

39.Еренков О.Ю. Способ токарной обработки заготовок из пластмасс/ О.Ю. Еренков, А.В. Гаврилова //Принципы и процессы создания неорганических материалов: материалы международного симпозиума (Третьи Самсоновские чтения). Хабаровск: Издательство Тихоокеанского государственного университета, 2006. С.283.

40.Еренков О.Ю. Влияние теплового и механического воздействия на напряженно-деформированное состояние полимерных материалов в процессе разрушения/ О.Ю. Еренков, А.В. Гаврилова// Новые материалы и технологии в машиностроении: сборник научных трудов по итогам V международной научно-технической конференции. Брянск: БГИТА, 2006. С.37- 40.

41. Erenkov O.Ju. Combined method of plastic workpiece machining based on a pretreatment mechanical down/ O.Ju Erenkov, S. A. Kovalchuk, A.V. Gavrilova //Rare metals. Vol.26, Spec. Issue, Aug. 2007, p.20.38.

42.Erenkov O.Ju. The new combined way of turning polymeric workpieces research, on the preliminary thermo mechanical influence basis/ O.Ju Erenkov, A.V. Gavrilova//Modern materials and technologies 2007: Materials of international VIII Russia-China Symposium: two volumes. Khabarovsk: Pacific National university, 2007. vol.2. p.32-38.

43. Erenkov O.Ju. The development of joint chemical and mechanical approach to polymer materials machining/ O.Ju. Erenkov, S. A. Kovalchuk, A.G Ivakhnenko //Modern materials and technologies 2007: Materials of international VIII Russia-China Symposium: two volumes. Khabarovsk: Pacific National university, 2007. vol.2. р. 180-190

44.Еренков О.Ю. Исследование влияния скорости нагружения конструкционных полимерных материалов на характер процесса деформации и разрушения/ О.Ю. Еренков, А.В. Гаврилова// Новые технологии и материалы. Инновации и инвестиции в промышленности Дальнего Востока: в 3 ч. Ч.1: материалы Всероссийская научно-практической конференция - Комсомольск - на - Амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2007. с.102-106.

Страница:

1
2
3

автореферат "Повышение качества токарной обработки полимерных материалов на основе обеспечения стабильности технологической системы и предварительных внешних воздействий на заготовки" скачать

Подобные документы

Компоненты, обладающие свойствами понижать горючесть полимерных материалов
Горение полимеров и полимерных материалов, методы снижения горючести в них. Применение, механизм действия и рынок антипиренов. Наполнители, их применение, распределение по группам. Классификация веществ, замедляющих горение полимерных материалов.

реферат [951,6 K], добавлен 17.05.2011

Станок для лазерной резки полимерных композиционных материалов
Разработка принципов и технологий лазерной обработки полимерных композиционных материалов. Исследование образца лазерной установки на основе волоконного лазера для отработки технологий лазерной резки материалов. Состав оборудования, подбор излучателя.

курсовая работа [1,3 M], добавлен 12.10.2013

Разработка математической модели процесса переработки полимерных материалов термоформованием и экструзией
Технология переработки полимерных материалов термоформованием и экструзией, математическая модель процесса в прямоугольных и цилиндрических координатах. Численный метод решения уравнения модели, разработка моделирующего алгоритма и составление программы.

курсовая работа [974,9 K], добавлен 07.08.2011

Оборудование для смешения полимерных материалов
Характеристика и виды оборудования, применяемого для смешения для полимерных материалов, особенности их использования и назначение. Экспериментальная оценка гомогенности смеси. Основные закономерности ламинарного смешения. Механизм смешения в камере ЗРС.

контрольная работа [2,1 M], добавлен 28.01.2010

Состав, структура, свойства цветных металлов и сплавов, полимерных материалов
Классификация, маркировка, состав, структура, свойства и применение алюминия, меди и их сплавов. Диаграммы состояния конструкционных материалов. Физико-механические свойства и применение пластических масс, сравнение металлических и полимерных материалов.

учебное пособие [4,8 M], добавлен 13.11.2013

Переработка полимеров и полимерных материалов
Общая характеристика и классификация полимеров и полимерных материалов. Технологические особенности переработки полимеров, необходимые процессы для создания нужной структуры материала. Технологии переработки полимеров, находящихся в твердом состоянии.

контрольная работа [1,3 M], добавлен 01.10.2010

Исследование влияния технологических параметров процесса каширования на физико-механические свойства многослойных полимерных материалов
Многослойные и комбинированные пленочные материалы. Адгезионная прочность композиционного материала. Характеристика и общее описание полимеров, их свойства и отличительные признаки от большинства материалов. Методы и этапы испытаний полимерных пленок.

дипломная работа [1,7 M], добавлен 21.11.2010

Технологическая подготовка производства фюзеляжа самолета легкого типа из полимерных композиционных материалов
Разработка варианта конструкции фюзеляжа самолета легкого типа из полимерных композиционных материалов и обоснование принятых решений расчетами. Технологический процесс изготовления конструкции. Анализ дефектов тонкостенных деталей трубопроводов.

дипломная работа [1,3 M], добавлен 11.02.2015

Экспериментальные методы исследования тепловых свойств пленок из полимерных материалов
Изучение истории создания и теплофизических свойств полимеров и полимерных пленок. Экспериментальные методы исследования тепловодности, температуропроводности и теплоемкости. Особенности применения полимерных пленок в различных областях производства.

курсовая работа [1,3 M], добавлен 08.12.2013

Технологические особенности переработки полимерных материалов в изделия методом горячего прессования
Основные технические свойства пластмасс и их использование в производстве. Особенности переработки полимерных материалов в изделия методом горячего прессования. Технология литья по выплавляемым моделям. Составляющие литейного модельного комплекта.

контрольная работа [764,6 K], добавлен 23.01.2010

Другие документы, подобные "Повышение качества токарной обработки полимерных материалов на основе обеспечения стабильности технологической системы и предварительных внешних воздействий на заготовки"

главная

рубрики

по алфавиту

вернуться в начало страницы

вернуться к началу текста

вернуться к подобным работам

Рубрики

По алфавиту

Закачать файл

Заказать работу

весь список подобных работ

скачать работу можно здесь

сколько стоит заказать работу?

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

Способ обработки заготовок	Твердость материала (по Бринеллю), МПА Коэффициент упрочнения
	Материал заготовок
	Капролон	Фторопласт-4	Гетинакс	Текстолит
Точение	189	41	228	219
Предварительное сжатие + точение	180	38	210	204
Предварительное растяжение + точение	185	35	220	214
Необработанные заготовки	143	31	247	232