Резание с опережающим пластическим деформирование
Резание с опережающим пластическим деформированием: инновационный подход к обработке материалов
В учебном пособии В.М. Ярославцева, изданном Московским государственным техническим университетом имени Н.Э. Баумана, рассматривается метод резания с опережающим пластическим деформированием (ОПД). Этот метод представляет собой перспективную технологию, предназначенную для повышения эффективности обработки труднообрабатываемых материалов, особенно в условиях реновации.
Сущность и назначение метода
Основная идея ОПД заключается в предварительном изменении физико-механических свойств материала срезаемого слоя путем его деформирования до процесса резания. Это достигается за счет использования дополнительных источников энергии, таких как методы поверхностного пластического деформирования (ППД). Цель метода – улучшить обрабатываемость материалов, повысить производительность труда, увеличить стойкость режущего инструмента, снизить шероховатость поверхности, повысить точность обработки и улучшить эксплуатационные характеристики изделий.
Физические основы и технологические возможности
Физический механизм ОПД объясняется изменениями на атомно-молекулярном уровне, происходящими при пластическом течении и разрушении материала. В результате, часть работы, затрачиваемой на пластическую деформацию, выполняется до резания, что снижает силу и температуру резания. Это, в свою очередь, приводит к увеличению стойкости инструмента и производительности.
Метод ОПД реализуется на различных операциях обработки резанием, включая точение, фрезерование, шлифование и нарезание резьбы. Он обеспечивает ряд технологических преимуществ, таких как:
- Повышение производительности и стойкости инструмента: Оптимальная нагрузка ОПД позволяет достичь максимальной стойкости инструмента или производительности труда.
- Улучшение качества поверхности: Применение накатных роликов с двумя рабочими поверхностями позволяет снизить шероховатость, увеличить твердость и сформировать благоприятные остаточные напряжения.
- Повышение точности обработки: Компенсация силовых факторов в зоне резания с помощью ОПД может снизить погрешности обработки.
- Дробление сливной стружки: Использование специальных роликов с зубьями позволяет дробить стружку, упрощая процесс ее утилизации.
Область применения и особенности реновации
Наибольшая эффективность ОПД достигается при обработке труднообрабатываемых материалов с повышенной пластичностью, таких как коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные стали, а также сплавы на никелевой основе. Метод особенно актуален в ремонтных производствах, где часто требуется восстановление деталей из таких материалов. ОПД позволяет стабилизировать распределение механических свойств и структуры материала, что положительно влияет на несущую способность поверхностного слоя.
Оборудование, оснастка и режимы обработки
Для реализации ОПД используются стандартное металлорежущее оборудование и специальные устройства, устанавливаемые на станках. Эти устройства обеспечивают создание нагрузки ОПД, которая может регулироваться в зависимости от технологических задач. При выборе режимов обработки (скорость резания, подача, глубина резания) учитываются особенности ОПД, в частности, зависимость силы резания от нагрузки ОПД. Определение оптимальной нагрузки ОПД является ключевым аспектом при настройке процесса.
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.01: Машиностроение
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана В.М. Ярославцев РЕЗАНИЕ С ОПЕРЕЖАЮЩИМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия по курсу «Перспективные технологии реновации» Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2010
УДК 621.9 ББК 34.63 Я76 Рецензенты: Ю.Ф. Назаров, П.М. Чернянский Ярославцев В.М. Я76 Резание с опережающим пластическим деформированием: учеб. пособие по курсу «Перспективные технологии реновации» / В.М. Ярославцев. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 46, [2] с. : ил. Изложены основы физического механизма комбинированного метода резания с опережающим пластическим деформированием (ОПД). Приведены сведения о его технологических возможностях, области рационального применения, методика аналитического расчета оптимальных режимов обработки с учетом решаемых технологических задач, а также указания по проектированию технологической оснастки для практической реализации резания с ОПД. Рассмотрены особенности применения метода и его эффективность в условиях реновации. Представлен справочный материал для оценки показателей эффективности резания с ОПД. Для студентов, обучающихся по специальности «Реновация средств и объектов материального производства в машиностроении», при проведении семинаров и выполнении домашних заданий по курсу «Перспективные технологии реновации», курсовом и дипломном проектировании, КНИР. Может быть полезно студентам, осваивающим другие технологические специальности машиностроительных вузов. УДК 621.9 ББК 34.63 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010
ПРИНЯТЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Ао – удельная работа пластического деформирования материала срезаемого слоя при воздействии упрочнителя, Дж/м3. Аор, Ар – удельная работа пластического деформирования материала режущим инструментом при обработке с опережающим пластическим деформированием (ОПД) и при обычном резании соответственно, Дж/м3. а – толщина срезаемого слоя, мм. ао – толщина срезаемого слоя, при которой достигается наибольшая эффективность ОПД, мм. KТ – коэффициент относительного повышения стойкости инструмента при обработке с ОПД. Kv – коэффициент относительной обрабатываемости по скорости резания вследствие ОПД. Lз, Dз – длина и диаметр заготовки, мм. lк – ширина поверхности контакта (поверхности резания), мм. Ро – сила действия упрочнителя ОПД перпендикулярно поверхности резания, при которой достигается максимальная эффективность, Н. РОПД – сила действия упрочнителя ОПД перпендикулярно поверхности резания, Н. Рос – максимальная сила воздействия зубчатого ролика на заготовку в момент насекания лунок для стружкодробления, Н. Роy – составляющая силы упрочнителя ОПД на ось y, Н. Рр – сила действия упрочнителя ОПД на заготовку, Н. Роyz – составляющая силы Рр упрочнителя ОПД на плоскость уz, Н. Рy, Рz – радиальная и главная составляющие силы резания при обычном точении, Н. Рzо – главная составляющая силы резания при точении с ОПД, Н. q – линейная нагрузка ОПД, нормальная поверхности резания, Н/м. R1 – радиус рабочей поверхности деформирующего инструмента, мм. R2 – радиус кривизны поверхности резания в месте ее контакта с деформирующим инструментом, мм. Rз – радиус заготовки, мм. Rр – приведенный радиус кривизны в месте контакта деформирующего инструмента с поверхностью резания, мм. S0 – продольная подача, мм/об.
Sп – поперечная подача, мм/об. Sр – перемещение упрочнителя перпендикулярно оси заготовки, мм/мин. Т, То – период стойкости режущего инструмента при обычном точении и точении с ОПД, мин. t – глубина резания, мм. v, vо – скорость резания при обычной обработке и с ОПД соответственно, м/с. vS – скорость движения подачи, мм/мин. x, у, z – координатные оси технологической системы. εi – интенсивность деформаций. εiк – интенсивность деформаций в зоне стружкообразования при резании (конечная деформация). εio – интенсивность деформаций материала срезаемого слоя в результате воздействия ОПД. ηр – относительное изменение главной составляющей силы резания от воздействия ОПД (показатель эффективности действия ОПД по силовому фактору). μк – коэффициент трения упрочнителя ОПД в месте контакта с заготовкой. σв, σт – временное сопротивление и предел текучести материала заготовки, МПа. Σтз – предел текучести материала зубчатой вставки накатного ролика, МПа. σi – интенсивность напряжений, МПа. σiк – интенсивность напряжений в зоне стружкообразования при резании, МПа. σiо – интенсивность напряжений в срезаемом слое при воздействии упрочнителя ОПД, МПа. φ – главный угол инструмента в плане, град.
ВВЕДЕНИЕ Развитие современного промышленного производства происходит в условиях высокой конкуренции на рынке сбыта и массового перехода производителей от выпуска продукции для обезличенного потребителя к систематическому поиску своего заказчика. Поддержание конкурентоспособности выпускаемой продукции непрерывно требует решения задач, связанных с сокращением сроков создания изделия, снижением материальных затрат на его изготовление и обеспечением максимального соответствия качества продукции индивидуальным требованиям конкретного потребителя. Особые сложности в реализации указанных задач возникают при изготовлении изделий из труднообрабатываемых сталей и сплавов, механическая обработка которых как при изготовлении деталей, так и при их восстановлении в процессе реновации сопряжена с крайне низкой производительностью труда (часто в 10–20 раз ниже, чем при резании обычных конструкционных сталей). Кроме того, недостаточная стабильность процесса резания некоторых материалов затрудняет выполнение требований, предъявляемых к качеству обработки. В настоящее время одним из направлений совершенствования процесса резания труднообрабатываемых материалов и повышения качества деталей, изготавливаемых из них, является разработка и применение комбинированных методов обработки, основанных на использовании дополнительных источников энергетического воздействия на обрабатываемый материал в зоне обработки. К таким методам относится, в частности, метод обработки резанием с опережающим пластическим деформированием (ОПД), разработанный в МГТУ им. Н.Э. Баумана. НАЗНАЧЕНИЕ МЕТОДА Метод обработки резанием с ОПД предназначен для улучшения обрабатываемости пластичных конструкционных материалов широкой номенклатуры (в первую очередь труднообрабатываемых
Похожие