CC BY
27
УДК 621.91.01
РЕЗАНИЕ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ, КАК ПЕРСПЕКТИВНЫЙ СПОСОБПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ
ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ Козачухненко Иван Николаевич, аспирант
(e-mail: mailto:[email protected]) Ислямгалиев Арстан Игорьевич, аспирант (e-mail: [email protected]) Бондарев Александр Александрович, научный сотрудник (e-mail: [email protected]) Крайнев Дмитрий Вадимович, к.т.н., доцент (e-mail: [email protected]) Волгоградский государственный технический университет, г. Волгоград,
Россия
Согласно предварительным исследованиям установлено, что оказывается благоприятное влияние на обработку титановых сплавав с использованием опережающего пластического деформирования. Обнаружено, что при точении с ОПД достигается существенное снижение износа лезвий режущего инструмента по главной задней поверхности, тем самым повышается производительность обработки и ресурс работоспособности инструмента по сравнению с традиционной обработкой. Применение ОПД способствует улучшению параметров шероховатости обработанной поверхности. При точении с ОПД происходит снижение значений среднего арифметического отклонения профиля Ra по сравнению с традиционной обработкой.
Ключевые слова: титановые сплавы, механическая обработка, обработка резанием, опережающее пластическое деформирование (ОПД)
В настоящее время машиностроение, авиастроение и промышленность в целом пытается решить ряд проблем с механической обработкой металлов и сплавов. Проблемы, встречающиеся на пути, заставляют прибегать к новым решениям устраняющих их.
Токарная обработка титана сопровождается многочисленными трудностями, что отличает его от прочих металлов. Объясняется это тем, что титан имеет:
• высокую прочность;
• низкую теплопроводность;
• хорошую коррозионностойкость
Благодаря этим свойствам, титан получил большую востребованность в промышленных отраслях. Одновременно с этим, вышеуказанные характеристики влияют на титан таким образом, что он становиться неудобным
для резки и обработки. Процесс обработки трудоемок по причинам вибраций и быстрого выхода из строя режущего инструмента.
В случае, если эти явления удается компенсировать, то процесс обработки становится чрезвычайно эффективным. Использование наиболее совершенных токарных и фрезеровочных станков, компрессорных установок и другого необходимого оборудования позволило намного облегчить процесс обработки.
По сравнению с другими металлами, механическая обработка титана нуждается в более высоком требовании и выполняется в больших ограничениях. Так производство авиационных деталей характеризуется большими объемами снимаемого припуска (до 80 - 90% от объема заготовки), что в сочетании с низкой скоростью резания данных материалов приводит к значительным материальным затратам на механическую обработку. Согласно исследованиям [3] процесс формирования стружки при обработке титановых сплавов определяется температурно-деформационной неустойчивостью процесса резания. Причем основным фактором неустойчивости процесса резания является температура. Титановые сплавы отличаются высоким отношением предела текучести к временному сопротивлению разрыва (отличаются и что? какой из этого вывод?)
Это соотношение составляет для титановых сплавов 0,85-0,95, в то время как для сталей оно равно 0,65-0,75. В итоге при механической обработке титановых сплавов возникают большие удельные усилия, что приводит к высоким температурам в зоне резания, обусловленным низкой теплопроводностью титана и его сплавов, затрудняющей отвод тепла из зоны резания. Температура в зоне резания наиболее сильно повышается с увеличением скорости резания, в меньшей степени - с увеличением подачи. Глубина резания по сравнению со скоростью и подачей оказывает еще меньшее влияние. На процесс пластического деформирования в зоне стружкообразования оказывает влияние состояние исходной структуры материала, определяющее закономерности деформации, и изменение структуры в процессе пластической деформации. При обработке титановых сплавов характерной особенностью является существование конкурирующих процессов деформации в зоне стружкообразования и контакти-руемых слоях обрабатываемого материала, ибо это возможно тогда, когда коэффициент упрочнения е/е уменьшается при увеличении скорости деформирования. Наличие таких высоких температур и их колебание (доходящее до 200 °С) при резании титановых сплавов приводит к структурным превращениям, оказывающим большое влияние на процесс стружкообразования и на износ инструмента [4]. Из-за сильной адгезии и высоких температур титан налипает на режущий инструмент, что вызывает значительные силы трения. Налипание и приваривание титана на контактируемые поверхности режущего инструмента приводят также к изменению его геометрических параметров. Отклонение геометрических параметров режущего инструмента от оптимальных их значений приводит к дальнейшему
повышению усилий обработки и температуры в зоне резания и износа инструмента. Неустойчивость процесса резания и изменение размерного износа инструмента оказывает значительное влияние на качество и шероховатость обработанной поверхности [5]. Для увеличения производительности механической обработки титановых сплавов резанием и повышения стойкости режущего инструмента применяют различные способы, в том числе: использование галлоидосодержащих смазывающе-охлаждающих жидкостей; охлаждение обрабатываемых деталей посредством обильно го полива; механическую обработку титановых сплавов в нагретом состоянии; механо-водородную обработку, включающую в себя наводорожива-ние, механическую обработку и вакуумный отжиг и другие. (ссылки на эти работы)
Среди возможных способов повышения износостойкости инструмента и обрабатываемости титановых сплавов, резание с опережающим пластическим деформированием может выступить одним из наиболее эффектив-ных.(по какой причине оно наиболее эффективно? - например за счет минимальных затрат на модернизацию станочного оборудования) Это наряду с достаточной простотой реализации делает целесообразным детальное исследование его аспектов. Способ совмещает в себе два приема - поверхностное пластическое деформирование (ОПД), создающее необходимые глубину и степень наклепа, и последующий съем упрочненного металла в виде стружки [6]. Эффективность предлагаемого способа можно объяснить следующим. Создаваемая ОПД повышенная плотность дислокаций в поверхностном слое заготовки обусловливает снижение работы, совершаемой резцом, по доведению обрабатываемого материала до критического деформационно-энергетического состояния в области отделения стружки. Значит, снижается интегральная сумма напряжений, действующих в зоне первичных деформаций, и, следовательно, уменьшается вертикальная составляющая. Снижение нагрева режущего клина, его силового нагружения [9], ослабление адгезионно-усталостных явлений и пагубного влияния цикличности стружкообразования обусловливает повышение стойкости инструмента. В работах [7, 8, 9] установлено, благоприятное влияние ОПД на эффективность обработки труднообрабатываемых жаропрочных и нержавеющих сталей, по своим свойствам близких к титановым сплавам. Так применение опережающего пластического деформирования приводит к снижению интенсивности износа инструмента в 1,5-2 раза за счет снижения сил резания на 10-15% и интенсивности диффузионного проникновения атомов железа в структуру твердого сплава. После резания с опережающим пластическим деформированием в поверхностном слое формируются остаточные сжимающие напряжения, что увеличивает долговечность работы деталей. Кроме того, снижается шероховатость поверхности (в 2-4 раза), что позволяет сократить число технологических переходов, а также улучшается микропрофиль поверхности (в частности, увели-
чивается длина опорной линии), что благоприятно сказывается на эксплуатационных характеристиках детали [10].
Таким образом, на основе проведенного анализа обрабатываемости титановых сплавов, а также результатах применения способа точения с опережающим пластическим деформированием при обработке коррозионно-стойких хромистых и сложнолегированных сталей можно предположить положительное влияние на эффективность обработки титановых сплавов, а также целесообразность проведения дальнейших исследований данной тематики.
Список литературы
1. Скрибин В. А., Солонин В.И., Сосунов В. А. Авиационному двигателю 100 лет // ТВФ. 2004. № 5.
2. Хорев А.И., Хорев М.А. Титановые сплавы, их применение и перспективы развития //Материаловедение. 2005. №7. С. 25-34.
3. Талантов Н. В. Физические основы процесса резания / Н. В. Талантов. Физические процессы при резании металлов: сб. науч. тр. - Волгоград, 1984. - С. 3-37.
4. Уткин Е.Ф. Исследование особенностей физических процессов при резании титановых сплавов.
5. Ротаренко О.Ю., Любомудров С.А. Исследование зависимости шероховатости поверхности от скорости ре- зания при точении титановых сплавов // Неделя науки СПбГПУ материалы научно-практической конференции c международным участием. Редакционная коллегия: М.С. Кокорин (ответственный редактор) и др.. Санкт-Пе- тер-бург, 2014. С. 228-230
6. Подураев, В. Н. Способ обработки резанием с опе- режающим пластическим деформированием / В. Н. Поду- раев, В. М. Ярославцев, Н. А. Ярославцева // Вестник машиностроения. 1971. № 4. С. 64-65.
7. Крайнев Д. В. Повышение эффективности процесса резания сталей перлитного и аустенитного класса путем использования предварительного пластического деформирования: дис. ... канд. техн. наук: 05.03.01 / Д. В. Крайнев. - Волгоград, 2006. - 167 с.
8. Норченко П. А. Повышение эффективности процесса резания нержавеющих сталей аустенитного класса с опережающим пластическим деформированием: дис. . канд. техн. наук: 05.02.07 / П. А. Норченко. - Волгоград, 2010. - 127 с.
9.Ингеманссон А. Р. Повышение эффективности точения труднообрабатываемых сталей ферритного, мартенситно-ферритного и мартенситного классов с использованием опережающего пластического деформирования: дис. . канд. техн. наук: 05.02.07 / А. Р. Ингеманссон. - Волгоград, 2012. - 209 с.
10. Снижение износа лезвий режущего инструмента при обработке с предварительной пластической деформации по обрабатываемой поверхности/ Бондарев А.А.,Отений Я.Н., Полянчиков Ю.Н., Солодков В.А., Альджубари Х. //Известия ВолгГТУ. Серия "Прогрессивные технологии в машиностроении". Вып. 1 : межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2015. - № 1 (156). - C. 5-7.
Kozachukhnenko Ivan Nikolaevich, post-grade student (e-mail: mailto:[email protected]) Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia Islyamgaliev Arstan Igorevich, post-grade student (e-mail: [email protected])
Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia Bondarev Aleksander Aleksandrovich, Researcher (e-mail: [email protected])
Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia
Dmitry Vadimovich Krainev, Cand. Tech. Sci., associate professor
(e-mail: [email protected])
Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia
CUTTING WITH ADVANCE PLASTIC DEFORMATION, AS PROMISING WAYS TO IMPROVE TITANIUM ALLOYS.
Abstract: An analysis of the workability it has been suggested a positive effects of advanced plastic deformation (APD) on the efficiency of titanium alloys. It is found that when turning with APD is achieved a substantial reduction of wear on the cutter blade main rear surface, thereby increasing processing efficiency and tool life performance as compared to conventional processing. Application of APD improves the machined surface roughness. In turning with a reduction in APD values the arithmetic mean deviation of the profile Ra as compared with conventional treatment
Keywords: titanium alloys, tooling, machining, advanced plastic deformation (APD).
УДК 677.023.292.92: 621.892
РАЗРАБОТКА СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПАРАФИНИРОВАНИЯ НИТЕЙ Корниенко Алексей Андреевич, студент (e-mail: [email protected]) Катаманов Алексей Андреевич, старший преподаватель (e-mail: [email protected]) Ивановский государственный политехнический университет,
г.Иваново, Россия Егорова Надежда Евгеньевна, к.ф.-м.н., доцент ([email protected]) Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
г. Иваново
В статье представлены результаты исследования трения контакта нить - сталь в присутствии смазочных материалов. Данное исследование позволяет рекомендовать смазочные материалы для парафинирования нитей в трикотажном производстве. В качестве антифрикционных присадок к парафину были выбраны стеараты металлов переходных групп. Наблюдается физическая адсорбция смазочных веществ. В созданных условиях трения ионно-обменные процессы не протекают. Результаты испытаний показали эффективность применения стеаратов меди и цинка в соотношении 3:1 в парафине, стеаратов меди и олова 1:1 и 2:1, общим содержанием до 5% масс.
Ключевые слова: трение, смазывание, парафинирование, стеараты металлов.
В современных трикотажных машинах для снижения трения нитей о рабочие органы применяют парафинирование. Эту операцию проводят в процессе выполнения предыдущих технологических операций на моталь-
