авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

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

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЕРЕНКОВ ОЛЕГ ЮРЬЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ на основе обеспечения стабильности технологической системы и ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ внешних ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ЗАГОТОВКИ






Специальность 05.03.01 – Технологии и оборудование

механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Комсомольск-на-Амуре – 2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет» (г. Хабаровск)

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Емельянов Сергей Геннадьевич ( г. Курск) доктор технических наук, профессор Киричек Андрей Викторович (г. Орел) доктор технических наук, профессор Ким Владимир Алексеевич (г. Комсомольск – на – Амуре) Ведущая организация: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН (г. Комсомольск – на – Амуре)

Защита состоится «05» июня 2009 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.092.01 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет» по адресу: 681013, г. Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27. Факс: 8(4217) 54-08-87; e-mail: mdsov@knastu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета.

Автореферат разослан «___» 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Пронин А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие современного машиностроения, приборостроения и многих других отраслей промышленности невозможно без применения синтетических полимерных материалов. Это обусловлено тем, что пластические материалы обладают высокой удельной прочностью, превосходящей традиционные конструкционные материалы как стали, чугуны, латуни, бронзы и др. Кроме того пластмассы имеют высокую химическую стойкость, диэлектричность, антифрикционную способность и хорошие технологические свойства.

Наблюдаемая тенденция замены металлических сплавов полимерными материалами для производства вкладышей подшипников скольжения, втулок, уплотнительных колец, антифрикционных дисков, зубчатых и червячных колес и др. является весьма перспективной для развития многих отраслей промышленности в связи с возрастающим дефицитом минерального сырья и ухудшающейся экологической обстановкой при производстве черных и цветных сплавов. Несмотря на очевидные преимущества полимерных материалов, при изготовлении деталей из пластмасс современными методами (литье под давлением, прессование, экструзия) происходит изменение их размерно-геометрических параметров, связанное с усадкой материала во время затвердения и охлаждения, и зачастую не обеспечиваются требуемые параметры качества функциональных поверхностей детали, что приводит к необходимости дополнительной механической обработки, преимущественно токарной, от качества которой в значительной степени зависит надежность и долговечность функционирования деталей и механизмов.



Наличие у полимерных материалов специфичных свойств обуславливает резкое отличие процессов их механической обработки от процессов резания металлов, при этом эффективность методов обработки резанием в основном зависит от режимов обработки и параметров режущего инструмента. Однако на практике имеются большие затруднения с достижением требуемого качества обработанной поверхности деталей из полимерных материалов на основе обычных методов обработки и рекомендуемых в литературе режимов резания.

Таким образом, задача повышения эффективности обработки заготовок из полимерных материалов резанием является актуальной для современного машиностроения, так как ее решение позволит повысить качественные характеристики изготавливаемой продукции и снизить себестоимость ее изготовления.

Одним из путей решения данной проблемы является разработка нового подхода к выбору режимов резания полимерных материалов и разработка новых способов обработки, сущность которых заключается в направленном изменении свойств обрабатываемого материала путем применения предварительных внешних (механических, термомеханических и химических) воздействий на заготовки с целью обеспечения высокого качества обрабатываемой резанием поверхности деталей.

Актуальность темы диссертации подтверждается выполнением научно-исследовательских работ в рамках гранта Тихоокеанского государственного университета (грант 3.08.ТОГУ «Разработка и исследование новых комбинированных методов механической обработки полимерных материалов для обеспечения высокого качества обработанной поверхности изделий») и по специальному заказу ОАО «Дальэнергомаш» (договор № 04-03/217/08 от 15 сентября 2008 г. «О научно-техническом сотрудничестве между Тихоокеанским государственным университетом и ОАО «Дальэнергомаш»).

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.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

  1. Разработка нелинейной математической модели колебаний и моделирование колебаний технологической системы при точении заготовок из полимерных материалов
  2. Определение условий и установление зоны нестабильности динамической системы при токарной обработке полимерных материалов.
  3. Исследование процесса стружкообразования и параметров качества обработанной поверхности при токарной обработке в зонах стабильности технологической системы.
  4. Исследование кинетики процесса разрушения полимерных материалов методом акустической эмиссии и установление характера изменений их прочностных характеристик от параметров механических и химических воздействий.
  5. Исследование взаимосвязи между предварительными термомеханическим и химическим воздействием на заготовку и качеством токарной обработки полимерных материалов.
  6. Исследование влияния предварительной механической деструкции поверхностного слоя полимерных материалов на качество обработанной точением поверхности.

7. Разработка новых технологических способов обработки заготовок из полимерных материалов, заключающихся в предварительных внешних (механических, термомеханических и химических) воздействиях с последующим точением для достижения высокого качества обработанной поверхности.

Научная новизна работы.

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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).

7. 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:

1. Разработаны методика и алгоритм, позволяющие определить оптимальные режимы резания полимерных материалов, обеспечивающие стабильность технологической системы СПИЗ и требуемое качество обработанной поверхности.

2. 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.





3. 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.

4. 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.

Методы исследования. В теоретических исследованиях применялись методы теории обработки материалов резанием, динамики станков, положения термофлуктуационной концепции прочности, методы физической химии полимеров. Экспериментальные исследования проводились по разработанным методикам и основываются на современных методах определения прочностных параметров материалов, кинетики процессов деформирования и разрушения, а также современных методах математико-статистической обработки экспериментальных данных.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждаются использованием известных методик планирования экспериментов и проведения теоретических и экспериментальных исследований, современной вычислительной техники и программных средств для анализа и обработки данных эксперимента, проведением экспериментальных исследований с применением современного оборудования на основе цифровых технологий, прошедшего государственную поверку, а так же результатами промышленных внедрений на предприятиях Хабаровского края.

Личный вклад автора состоит в разработке концепции работы и постановке задач аналитических и экспериментальных исследований. Лично автором разработана математическая модель для определения нестабильности при точении; предложена методика расчета и определения зон нестабильности технологический системы при точении полимерных материалов; выполнен комплекс экспериментальных исследований с последующими анализом и обработкой полученных данных; разработаны новые комбинированные способы обработки заготовок из полимерных материалов с применением предварительных воздействий и конструкции устройств для их реализации. При личном и непосредственном участии автора разработаны рекомендации по применению разработанных новых способов обработки (патенты №№2203183, 2317196, 2328374, 2284911, 2207937, 2342249).

Под научным руководством автора по данной научной специальности подготовлены и успешно защищены 3 кандидатские диссертации.

Апробация результатов работы:

Основные результаты диссертации были доложены и обсуждены на международных, всероссийских научно-технических конференциях: Международной конференции «Синергетика. Самоорганизующиеся процессы в системах и технологиях» (г. Комсомольск-на-Амуре, 2000 г.), III Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (г. Нижний Новгород, 2001 г.), Международной научно - технической конференции «Сертификация и управление качеством продукции» (г. Брянск, 2002 г.), Инновационном форуме с международным участием «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов» (г. Хабаровск, 2003 г.), II Международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (г. Пенза, 2004 г.), VII Международной научно-технической конференции «Динамика технологических систем» (г. Саратов, 2004 г.), III Международном симпозиуме по транспортной триботехнике «Повышение износостойкости и долговечности машин и механизмов на транспорте» (г. Санкт-Петербург, 2005 г.), II Всероссийской научно- практической конференции «Технологическое обеспечение качества машин и приборов» (г.Пенза, 2005 г.), IX,XI Международных научно-практических конференциях «Современные технологии в машиностроении» (г.Пенза, 2005, 2007 г.), III, IV,V Международных научно – технических конференциях «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (г.Курск, 2005,2006,2007,2008 г.), Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии в машиностроении» (г. Брянск, 2005, 2006, 2007, 2008 г.), Международном симпозиуме «Принципы и процессы создания неорганических материалов» (г. Хабаровск, 2006 г.), I,III Joint China-Russia symposium «Advanced materials processing technology» (КНР, г.Харбин, 2006, 2008 г.), II International Russia-China Symposium «Modern materials and technologies 2007» (г.Хабаровск, 2007 г.), VI Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (г.Омск, 2007г.), Всероссийской. научно-практической конференции «Новые технологии и материалы. Инновации и инвестиции в промышленности Дальнего Востока» (г. Комсомольск – на Амуре, 2007г.), 6-й Международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» (г. Брянск, 2008 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 71 научная работа, в том числе 21 в изданиях рекомендуемых ВАК, 1 монография, 6 патентов РФ на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов, библиографического списка используемой литературы из 165 наименований, и приложений. Объем диссертации составляет 328 страниц машинописного текста, включает 152 рисунка, 32 таблицы, 6 приложений.




ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Во введении обоснованы актуальность, научная новизна исследования, сформулирована ее цель, представлены научная новизна и практическая ценность, приведены основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрено современное состояние вопроса о процессах обработки полимерных материалов, произведен анализ известных тепловых, механических и химических методов обработки и влияния режимов резания на качественные показатели обработанной поверхности. Приведены результаты теоретических исследований технологической системы СПИЗ при механической обработке полимерных материалов. Рассмотрены основные факторы процесса деформирования и разрушения полимерных материалов и аспекты взаимодействия материалов с агрессивными средами. На основе анализа классификационных признаков разработаны новые комбинированные способы обработки полимерных материалов на основе предварительных физико-химических воздействий и точения.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 

Похожие работы:









 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.