Интегральная обработка как эффективное направление решения задачи перехода к ресурсосберегающим технологиям

Размещено на http://www.allbest.ru/

Прикладные инновации

Интегральная обработка как эффективное направление решения задачи перехода к ресурсосберегающим технологиям

В.Ю. Скиба, В.В. Иванцивский, Н.П. Зуб, С.В. Туревич

В современных рыночных условиях одной из важнейших задач, определяющей стратегию развития производства, является поиск эффективного решения проблемы перехода к ресурсосберегающим технологиям в металлообработке. В связи с этим необходимо совершенствование технологии изготовления отдельных деталей.

Особое внимание должно быть уделено обеспечению точности их размеров и формы, а также формированию в поверхностном слое, как наиболее нагруженном, структуры с высокой прочностью и вязкостью. Поэтому все более широкое распространение находят методы модифицирования поверхностных слоев деталей путем их специальной обработки с использованием источников концентрированной энергии: плазма, лазер, электронный луч. Благодаря локальному и сверхскоростному тепловому воздействию создаются возможности получения более высоких значений твердости, прочности, вязкости в сравнении с объемной обработкой и традиционными способами поверхностного упрочнения. Это обусловлено, прежде всего, образованием в поверхностном слое высокодисперсной метастабильной структуры с намного более высокой плотностью дислокаций [1]. высокоэнергетический ток абразивный шлифование

Однако в соответствии с общепринятыми в машиностроении технологиями для получения окончательной геометрической и размерной точности, а также шероховатости поверхности, эти изделия проходят операцию чистовой механической обработки (рис. 1). В свою очередь, в технологическом процессе изготовления таких деталей операции поверхностно-термического упрочнения и финишной механической обработки традиционно разделены, т.е. выполняются на разных участках на различном технологическом оборудовании. При этом с учетом погрешностей, возникающих на предыдущей стадии технологического процесса, деформации материала при термическом упрочнении и погрешностей переустановки деталей, припуск на чистовую обработку Zimin необходимо назначать достаточно большим (до 40…50 % заданной глубины упрочнения). Следовательно, на термической операции необходимо обеспечивать большую, чем заданную чертежом глубину упрочнения, а затем на финишной механической операции удалять наиболее эффективную часть поверхностного слоя. Это в целом приводит к повышенным затратам энергии и снижению производительности обработки на обеих операциях и зачастую к появлению дефектов в поверхностном слое, снижающих эксплуатационные свойства деталей.

Рис. 1. Финишная стадия типового технологического процесса

Самым распространенным и производительным процессом финишной механической обработки является абразивное шлифование. Этот процесс характеризуется высокой теплонапряженностью в зоне контакта инструмента с деталью, что может существенно изменить достигнутое на предшествующей операции исходное качество поверхностного слоя. Поскольку структура закаленной стали выходит из равновесного состояния под действием даже кратковременных тепловых импульсов, в поверхностных слоях материала возникают значительные градиенты остаточных напряжений, способствующих в дальнейшем развитию микротрещин. Отрицательное влияние тепловых процессов при абразивном шлифовании тем ярче выражено, чем больший припуск оставляется на финишную операцию. В связи с этим нами предлагается оснастить шлифовальный станок, используемый для финишной обработки, дополнительным источником концентрированной энергии, объединив тем самым две финишные операции на одном оборудовании. В качестве источника энергии может быть использован генератор токов высокой частоты.

Очередной виток в развитии закалки ТВЧ стал возможен с появлением нового способа обработки - высокоэнергетический нагрев токами высокой частоты (ВЭНТВЧ). Этот способ позволяет реализовать удельную мощность нагрева до 400 МВт/м2, что дает возможность с успехом конкурировать с другими концентрированными источниками при закалке материала без оплавления.

Рис. 2. Финишная стадия с использованием интегрированной обработки

Для реализации этого процесса в станочную систему встраивается лишь нестандартный выносной закалочный контур, состоящий из блока конденсаторных батарей, закалочного трансформатора и гибкого шинопровода, соединяющего трансформатор с индуктором [2]. Индуктор петлевого типа изготавливается плоским и оснащается ферритовым магнитопроводом. При шлифовании детали контакт круга с обрабатываемой поверхностью представляет собой узкую полосу, а такая конструкция индуктора также позволяет получить на детали локальную зону нагрева в виде узкой полосы. Следовательно, процесс формообразования поверхности при шлифовании и закалка этой же поверхности требуют одних и тех же исполнительных движений станка.

В связи с тем, что закалка ВЭНТВЧ осуществляется с малыми зазорами (порядка 0,1 мм), финишная стадия технологического процесса может быть построена следующим образом (рис.2): первый переход - предварительное шлифование, необходимое для устранения погрешностей, возникших на предшествующей части технологического процесса и связанных с переустановкой детали, и обеспечения постоянства зазора между деталью и индуктором; второй переход - поверхностная закалка ТВЧ на заданную глубину упрочнения; третий переход - чистовое шлифование и выхаживание. Поскольку припуск на окончательную механическую обработку минимален и процесса резания практически не происходит, то следует ожидать получения дополнительного эффекта упрочнения, за счет пластического деформирования абразивными зернами поверхностного слоя обрабатываемой детали. Тем более, согласно классификации С.Н. Полевого [3], процесс окончательного шлифования относится к методам упрочнения металлов.

На кафедре «Проектирование технологических машин» НГТУ разработаны станочные комплексы на базе шлифовальных станков моделей 3Г71 и 3М151В. Для эффективного использования нового технологического оборудования предложена комплексная методика назначения режимов обработки [4], рассматривающая данные операции технологического процесса не изолированно, а во взаимосвязи, и позволяющая гарантированно получать детали с заранее заданной точностью и физико-механическими свойствами их рабочих поверхностей.

Внедрение в производство технологии интегрированной обработки позволило на финишной стадии технологического процесса изготовления деталей по отношению к традиционной технологии: повысить производительность обработки в 2…4 раза; снизить энергозатраты на обработку в 4…6 раз; повысить микротвердость и уровень сжимающих напряжений в поверхностном слое материала на 10..15 %; исключить возможность появления брака при финишном шлифовании; уменьшить вспомогательное и подготовительно-заключительное время; снизить межоперационные заделы деталей.

Литература

1. Поверхностное упрочнение инструментальных сталей и сплавов при нагреве высококонцентрированной плазменной струей / С.С. Самотугин, О.Ю. Нестеров, В.А. Мазур и др. // Упрочняющие технологии и покрытия. 2005. №3. С. 23 - 28.

2. Иванцивский В.В. Технология, оборудование и инструмент для финишных операций / В.В. Иванцивский, Ю.С. Чесов, С.В. Птицын // Обработка металлов. 2001. № 1 (12).С.52 - 54.

3. Полевой С.Н. Упрочнение машиностроительных материалов: справочник / С.Н. Полевой, В.Д. Евдокимов. М.: Машиностроение, 1994. 496 с.

4. Методика назначения режимов обработки при интеграции абразивного шлифования и поверхностной закалки ТВЧ / В.В. Иванцивский, В.Ю. Скиба, Н.П. Зуб, С.В. Туревич // Современные проблемы в технологии машиностроения: сб. тр. Всерос. науч.-практ. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения проф. Муханова Ивана Иванович. - Новосибирск: изд-во НГТУ, 2009. 312 с.

Аннотация

Рассмотрен новый метод интегральной обработки, совмещающий закалку высокоэнергетическим нагревом токами высокой частоты (ВЭН ТВЧ) и абразивное шлифование.

Комбинированная обработка, абразивное шлифование, поверхностная закалка

In article the new effective method of integrated processing combining training by high-energy heating by currents of high frequency (HEH CHF) and abrasive grinding is considered.

Combined treatment, grind process, surface hardening

Размещено на Allbest.ru