WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

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.

Большой вклад в исследования процессов обработки материалов резанием, внесли российские и зарубежные ученые: С.А. Васин, А.С. Верещака, В.И. Дрожжин, Н.Н. Зорев, А.Г. Ивахненко, Ю.Г. Кабалдин, М.И. Клушин, А. Кобаяши, М. Ф. Полетика, В.Н. Подураев, А.И. Промптов, М.Ф.Семко, В.К.Старков, А.А. Степанов, А.Г. Суслов, Г.К. Сустан, А.М. Шпилев, Б.П. Штучный и др.

Анализ литературных данных показывает, что современные способы производства изделий из пластмасс без снятия стружки не обеспечивают достаточно высокой точности заготовок и деталей. В тех случаях, когда требуется изготовление деталей из полимерных материалов повышенной точности, сложной конфигурации с высоким качеством поверхностного слоя необходимо применять механическую обработку резанием.

При получении деталей из полимерных материалов решающим фактором является качество обработанной поверхности. Однако режущих инструментов, оборудования и технологических методов, специально предназначенных для обработки пластмасс, недостаточно, и они имеют низкую эффективность. Основные параметры процесса резания полимерных материалов оказывают неоднозначное влияние на формирование шероховатости обработанной поверхности; скорость и глубина резания  не оказывают существенного влияния на шероховатость поверхности; подача оказывает наибольшее влияние на шероховатость поверхности, при этом ее увеличение приводит к почти пропорциональному увеличению шероховатости. При этом отсутствуют обоснованные рекомендации для выбора конкретных значений параметров режима резания.

Проведенный теоретический анализ известных способов тепловых, механических и химических воздействий на заготовки из полимеров  позволяет сделать вывод о том, что данные способы предназначены для устранения дефектов технологического процесса получения полимерных изделий,  зачистки изделий с целью удаления впусков и других элементов литниковой системы, снятия грата и заусенцев по контурам изделия, смятия и округления кромок, упрочнения поверхности и придания ей привлекательного вида.

Моделированию процессов в динамической системе посвящены работы Б.М. Бржозовского, В.В. Бушуева,  В.Л. Вейца, В.М. Давыдова, И.Г. Жаркова, В.Л. Заковоротного, В.А.Кудинова, С.И. Клепикова, А.И. Левина, А.В. Пуша,  В.Э. Пуша, В.С. Хомякова и др.

Анализ многочисленных исследований в области механической обработки полимерных материалов показывает, что известные в настоящее время эмпирические степенные зависимости служат только для приблизительной оценки параметров режима резания и шероховатости поверхности; представленные  уравнения не позволяют в полной мере учесть влияние всех факторов, влияющих на процесс резания, и не раскрывают физическую сущность процесса резания.

На основе определения явления нестабильности для нелинейного процесса, выдвинутого профессором Кирсановым М.Н., обосновано применение гипотезы нестабильности для анализа динамики технологической системы при обработке резанием полимерных материалов. Рассмотрены условия  возникновения нестабильности динамических систем и показано, что нестабильность может возникать только в нелинейных системах. Нестабильность проявляется как разрыв связей между ускорениями, скоростями и перемещениями для процесса, достаточно близкого к заданному процессу, и возникающему при вариации сил, нелинейно зависящих от переменных состояния исходного процесса.

На современном этапе физические представления о прочности полимерных материалов базируются на кинетической концепции прочности, положения которой представлены в работах А.А. Аскадского, Г.М. Бартенева, В.Е. Гуля, В.А. Каргина, С.Н. Журкова, Ю.С. Зуева, Э.М. Карташова, Г. Кауша, В.Н. Манина, В.Н., Ю.В. Моисеева, C.Б. Ратнера, Г.Л. Сломинского, Я.И. Френкеля.

В кинетическом подходе основное внимание обращается на атомно – молекулярный механизм процесса разрушения, который рассматривается как конечный результат постепенного развития и накопления микроразрушений или как процесс развития микротрещины. Основным фактором в этом подходе является тепловое движение кинетических единиц (атомов, молекул, сегментов), вызывающее межатомные или межмолекулярные перегруппировки и активизирующее влияние механических напряжений, изменяющее вероятность этих перегруппировок. Экспериментально доказано, что под влиянием тепловой энергии, механических и химических воздействий, излучений и т.д. в полимерных материалах происходит разрыв химических связей, которые деформируются под влиянием приложенного напряжения и разрываются под действием тепловых флуктуаций.

В связи с вышеизложенным и с учетом поставленной цели  сформулированы соответствующие задачи исследований.

Во второй главе рассмотрено применение гипотезы о нестабильности технологической системы СПИЗ при исследовании процесса точения полимерных материалов. За основу принята неоднократно апробированная модель колебаний технологической системы при точении в виде следующей системы уравнений:

,                                 (1)

где xд, yд, zд, и xи, yи, zи – составляющие вектора вибросмещений по осям X, Y и Z заготовки и инструмента, соответственно; Fдy и Fдz – составляющие силы вызванные наличием статического дисбаланса вращающейся заготовки; - составляющие силы резания, .        (2)

Для учета параметров динамического состояния технологической системы вместо номинально заданных значений подачи s0, скорости v0 и глубины резания t0 рассматриваются их мгновенные значения – s, v и t:

.                 (3)

Для исследования нестабильности в выражении (2) для составляющих силы резания необходимо учесть нелинейные члены по всем рассматриваемым переменным, входящим в (3).  С учетом такого разложения система уравнений (1) представляет собой нелинейную модель колебаний технологической системы.

В соответствии с гипотезой  о нестабильности динамических систем, если, наряду с основным процессом с векторами перемещений , скоростей и ускорений , существует другой параллельный процесс, близкий к первоначальному, и  который имеет вектора перемещений , скоростей и ускорений , мало отличающиеся от основного процесса, то линеаризованные уравнения относительно вариаций перемещений, скоростей и ускорений можно представить в матричном виде

, (4)

где  , , – вектора вариаций перемещений, скоростей и ускорений, соответственно; М, Hu, Сu – матрицы масс, демпфирования и жёсткости соответственно.

(5)

Тогда для рассматриваемой динамической системы условия нестабильности имеют следующий вид:

det Нu = 0,         (6)

det Сu = 0.          (7)

В данной работе создан алгоритм определения нестабильности, включающий следующую последовательность действий: составление нелинейной модели колебаний (1); вариация перемещений, скоростей и ускорений; линеаризация уравнений колебаний относительно вариаций (3); формирование определителей матриц Нu и Сu для расчета точек нестабильности; задание параметров модели и режимов обработки; решение нелинейной модели колебаний; вычисление определителей матриц Нu и Сu; проверка выполнения условий нестабильности (6) и (7).

Согласно основным положениям гипотезы стабильности динамических систем переход системы из стабильного состояния в нестабильное состояние может быть вызван только внешними воздействиями. В модели нелинейных колебаний технологической системы таким источником является дисбаланс заготовки. На рис. 1  показано влияние дисбаланса заготовки из капролона на стабильность динамической системы при точении.

а

Значение определителя,

С1х10-3, (Н/м)6

б

Значение определителя, С1, (Н/м)6

Время, с

Время, с

Рис.1. Влияние дисбаланса заготовки из капролона на стабильность

динамической системы при точении: а) e = 0,110-3 мм; б) e = 0,310-3 мм

Таким образом, теоретические и экспериментальные исследования подтверждают положение гипотезы стабильности динамических систем, согласно которому, переход системы из стабильного состояния в нестабильное состояние связан с внешними воздействиями, каковым в данном случае является сила от дисбаланса заготовки.

Из представленных результатов видно принципиальное отличие таких свойств динамических систем, как устойчивость и стабильность. Неустойчивость динамических систем проявляется при любой величине внешнего воздействия, отличной от нуля. Нестабильность динамических систем имеет потенциальный характер, т.е. возникновение интенсивных колебаний в нестабильной системе, изменяющих характер процесса обработки, возможно только при превышении определенного порога величины внешнего воздействия. При малой величине внешнего воздействия нестабильность динамической системы может не проявиться.

В данной главе посредством моделирования определены зоны стабильного и нестабильного состояния динамической системы при точении полимерных материалов, а также проведены экспериментальные исследования процесса стружкообразования при обработке в зонах стабильного и нестабильного состояний. На рис. 2 представлены границы зоны стабильности, полученные при моделировании процесса точения заготовок из капролона.

Экспериментальная проверка возможности появления нестабильности при обработке капролона выполнялась при различных технологических режимах. Фотографии полученных стружек при следующих режимах обработки s = 0,1 мм/об, t = 1 мм. представлены на рис. 3.

а

б

Скорость резания, м/мин

Глубина резания, мм

Подача, мм/об

Скорость резания, м/мин

Рис. 2. Зона нестабильности при обработке капролона: а – подача 0,1 мм/об;  б -  глубина резания 1,0 мм

 

Анализ полученных данных показал соответствие характера процесса стружкообразования зонам стабильности и нестабильности технологической системы. Так, фотография стружки представленная на рис. 3,а соответствует процессу обработки в зоне стабильности, а фотография стружки, представленная на рис. 3,б соответствует процессу обработки в области перехода от зоны стабильности к зоне нестабильности. Фотографии стружек представленные на рис. 3,в и 3,г соответствуют процессу обработки капролона в зоне нестабильности технологической системы.

  а                       б                       в                       г

 

     

       

Рис. 3.  Фотографии стружек  капролона:

  а - скорость резания 100 м/мин; б - скорость резания 150 м/мин;

  в - скорость резания 180 м/мин;  г - скорость резания 240 м/мин

На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований предлагается следующее объяснение механизма возникновения нестабильности динамической системы при точении. Нелинейный характер рассмотренной модели колебаний динамической системы обусловлен степенной зависимостью силы резания от смещений и скоростей заготовки и режущей кромки инструмента. Вариация связей обусловлена изменением коэффициентов Ср, Кр, x, y, z в выражении для силы резания (1), причинами чего могут быть неоднородность обрабатываемого материала заготовки и износ режущего инструмента. Изменение коэффициентов в выражении для силы резания (1) приводит к изменению параметров технологической системы, что отражается в изменении параметров модели колебаний (4). Данные изменения параметров могут привести к переходу технологической системы в потенциально нестабильное состояние. При наличии внешнего воздействия (силы от дисбаланса вращающейся заготовки), величина которого превышает некоторый пороговый уровень.

Таким образом, разработана нелинейная модель колебаний технологической системы при точении, а также создан и реализован алгоритм определения нестабильности динамической системы при точении. Установлено, что внешним воздействием, приводящим к переходу технологической системы в нестабильное состояние, является сила от дисбаланса обрабатываемой заготовки. Экспериментально установлено наличие взаимосвязи между параметрами колебаний технологической системы при обработке и шероховатостью обработанной поверхности детали, что подтверждает правомерность результатов теоретического исследования о наличии зон нестабильности технологической системы СПИЗ при токарной обработке полимерных материалов.

Третья глава посвящена исследованиям процесса разрушения полимерных материалов  акустико-эмиссионным методом, их прочности от скорости нагружения образцов, влияния предварительного деформирования на характер изменения прочности, прочности от продолжительности выдержки образца без – и под нагрузкой перед конечной стадией деформирования и твердости полимерных материалов в зависимости от  степени предварительно-напряженного состояния.

Исследование кинетики накопления повреждений в процессе деформирования и разрушения проводились с применением метода акустической эмиссии (АЭ) на стандартных плоских образцах с использованием штатного нагружающего устройства универсальной установки ИМАШ 20-75. Кривая нагружения регистрировалась также при помощи штатных устройств данной установки. Параллельно с записью кривой нагружения велась непрерывная регистрация сигналов АЭ. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 4.

В качестве исследуемых материалов выбраны представители термореактивных и термопластичных пластмасс, детали и изделия из которых широко применяются в машиностроении: текстолит ПТК, гетинакс 1, капролон В, фторопласт-4.

Рис. 4. Схема экспериментальной установки для исследования материалов методом АЭ. На схеме обозначены: 1 – тензобалка,

2 – тензодатчик, 3 – образец,

4 – захват, 5 – акустический датчик,

6 – усилитель, 7 – аналого-цифровой преобразователь, 8 – персональная ЭВМ, 9 – оригинальный программный комплекс,

10 – автономный блок питания,

11 – упругий элемент,

12 – тензопреобразователь,

13 – самопишущий потенциометр

На рис. 5 представлены диаграммы нагружения () капролона и гетинакса и кинетика изменения параметров АЭ.

В начальный период нагружения (участок ОА на рис. 5, а) образец из капролона находится в зоне упругой деформации, что подтверждается полным отсутствием импульсов всех четырех параметров АЭ. Участок АВ – зона совместного действия упругой и пластической деформации материала образца. Под действием нагрузки происходит развитие  и интенсивное накопление  дефектов в структуре материала в виде микротрещин. Об этом свидетельствуют значительный рост интенсивности сигналов  до значения N, равного  34 имп/с, а также наличие большого количества сигналов, пиковая амплитуда которых находится в диапазоне от 0,05 до 0,4 В.

В вершинах микротрещин, имеющихся в любом реальном полимерном материале, образуются микрообласти перенапряжений, в которых протекают вынужденноэластические деформации с разрывом химических связей. Об этом свидетельствует чередование сигналов стабильно высокой интенсивности с пиковыми амплитудами от 0,5 до 1,0 В.  При этом наблюдается резкое увеличение суммарного счета до 300 событий, и суммарной энергии сигналов до 7,0 В2с, что позволяет сделать вывод об увеличении интегральной повреждаемости материала исследуемого образца.  Максимум интенсивности сигналов АЭ приходится на  точку В, в связи с чем окрестность точки В можно рассматривать как зону предтекучести материала образца. Напряжение в этой точке составляет 80 МПа, и это значение можно рассматривать как предел  вынужденной  эластичности  капролона.

Интенсивность  Амплитуда, В Суммарная Суммарный Напряжение, МПа

сигналов имп/с  энергия, В2с счет, имп

а

б

  Рис. 5. Результаты обработки сигналов акустической эмиссии при растяжении полимерных материалов:

  а – капролон; б – гетинакс.

В отличии от капролона, на диаграмме нагружения гетинакса участок АВ характеризуется наличием большого количества сигналов небольшой амплитуды (порядка 0,2В) и значительной интенсивности, что свидетельствует о микрорасслоении в матрице материала и расщеплении пучков волокон. Присутствие сигналов с максимальной амплитудой (до 1В) является доказательством того, что в образце также происходит развитие имеющихся и образование новых дефектов в виде микротрещин, о чем свидетельствует также рост параметров сигналов АЭ, характеризующих интегральную повреждаемость образца - суммарный счет (55 имп.) и суммарная энергия (0,35 В2с). Участок ВС можно рассматривать как стадию образования и роста магистральной разрушающей трещины. В пределах данного участка наблюдается интенсивный рост суммарного счета и суммарной энергии  сигналов, которые при практически постоянной интенсивности имеют невысокую амплитуду (порядка  0,2В), что свидетельствуют о дальнейшем увеличении интегральной повреждаемости образца. Наличие сигналов АЭ с амплитудой до 0,6 В можно идентифицировать с разрывом адгезионных связей между матрицей и армирующими волокнами данного материала и разрывом отдельных волокон.

Анализ представленных на рис. 5 данных позволяет заключить, что на разных стадиях нагружения исследуемых полимерных материалов четко выделяются различные события, идентификация которых однозначно осуществляется посредством анализа параметров сигналов АЭ. При этом, накопление повреждений во всех исследуемых материалах является сложным многостадийным процессом. В случае нагружения гетинакса и текстолита эти стадии включают микропластические сдвиги в матрице, трещинообразование в матрице, разрыв адгезионных связей между матрицей и армирующим элементом, разрыв отдельных волокон и целых пучков армирующего материала. Для капролона и фторопласта характерны процессы разрыва химических связей, вынужденноэластической деформации в вершинах микротрещин и пластической деформации в объеме материала. Все эти процессы сопровождаются образованием упругих волн АЭ.

Исследовалось изменение прочности полимерных материалов в зависимости от условий предварительного деформирования образцов. Часть образцов после предварительного деформирования выдерживалась определенное время без нагрузки, другая часть – под нагрузкой. Затем производили вторичное деформирование до достижения предела вынужденной эластичности или разрушения материала образца.

Результаты данной серии исследований показывают (рис. 6), что создание предварительного нагружения образцов приводит к снижению прочности исследуемых полимерных материалов при последующем деформировании.

а

б

Напряжение, МПа

Время нагружения, с

Напряжение, МПа

Время нагружения, с

  Рис. 6. Прочность материала после предварительного деформирования:

  а - гетинакс; б -  капролон; 1 - базовая диаграмма;

  2 – время разгрузки 5 мин; 3 - время разгрузки 20мин;

4 - время разгрузки 60 мин.

Также установлено, что ослабленная на стадии предварительного нагружения структура материала сохраняется для капролона в течение 5-20 минут перед вторичным деформированием. Время разгрузки между ступенями деформирования, равно как и время выдержки под нагрузкой, для реактопластов типа гетинакса и текстолита не оказывает влияние на формирование и изменение прочности материала, так как дефектная структура образуется на стадии предварительного нагружения.

       Исследовалась зависимость твердости полимерных материалов от величины прикладываемой нагрузки в условиях одноосного растяжения.

Анализ полученных данных (рис. 7) позволяет заключить, что для обоих материалов характер изменения твердости в зависимости от напряжений после  деформирования примерно одинаковый. Области упругой деформации соответствует снижение твердости материала, что объясняется наличием зон пластической деформации в вершинах микротрещин. В этих зонах часть связей полимера напряжена, часть разорвана. Минимальное значение твердости приходится на начало зоны текучести материалов, т.е. практически совпадает с моментом достижения материалом предела вынужденной эластичности. При дальнейшем деформировании материалов происходит ориентационное упрочнение структуры, в результате которого повышаются прочностные свойства, что подтверждается ростом твердости.

а

б

Твердость, HBw

Время нагружения, с

Напряжение, МПа

Твердость, HBw

Время нагружения, с

Напряжение, МПа

Рис. 7. Твердость материала в зависимости от величины напряжения:

  1- кривая нагружения; 2 - кривая изменения твердости;

  а -  капролон; б - фторопласт

Четвертая глава посвящена исследованию влияния параметров процесса резания и вариантов предварительных воздействий на качество поверхности, получаемой после токарной обработки полимерных материалов. Также в данной главе представлено описание нового комбинированного способа обработки полимерных материалов с применением предварительного термомеханического воздействия на заготовки.

Рассматривая обработку режущим инструментом как разновидность процесса управляемого разрушения твердого полимерного материала, и с учетом  кинетической концепции прочности, разработан  новый комбинированный способ  обработки полимерных материалов (патент № 2317196), сущность которого заключается в том, что предлагаемый к токарной обработке полимерный материал предварительно подвергают механическому деформированию путем сжатия или растяжения и нагреву.

За счет механического деформирования образуется такая структура материала, в которой часть связей разрушена, а часть напряжена. В сочетании с последующим нагревом это приводит к уменьшению энергии активации связей полимера и разрыву части возбужденных связей в полимерных цепях тепловыми флуктуациями. При дальнейшем взаимодействии поверхностного слоя материала с режущим клином инструмента облегчается процесс деформирования срезаемого слоя за счет образования зоны предразрушения. Магистральная трещина приобретает более устойчивое направление развития вдоль линии среза, что является предпосылкой повышения качественных показателей обработанной поверхности, так как снижается вероятность образования вырывов, сколов и подобных дефектов обрабатываемого резанием материала.

Тепловая обработка  полимерных материалов проводилась согласно условию Тхр<tэкспл.<Тстекл., где Тхр – температура хрупкости материала;  Тстекл. – температура стеклования; tэкспл - температурный диапазон эксплуатации изделий из исследуемого материала.

При проведении экспериментальных исследований величина усилия на сжатие/растяжение выбиралась с помощью зависимости «деформация – напряжение» из области, соответствующей упругой деформации, до развития явления вынужденной эластичности. При этом прикладываемые к заготовке усилия должны создавать в объеме материала такое напряженное состояние, чтобы выполнялось  следующее условие: н < (0,6 -0, 8)к (здесь, н – напряжения, создаваемые в заготовке усилием растяжения/сжатия; к – предельная прочностная характеристика материала). 

Для предварительного деформирования цилиндрических заготовок из исследуемых полимерных материалов использовались разрывные машины МР-500 и УММ-20. Токарную обработку проводили на токарном патронно-центровом станке с ЧПУ модели РТ755Ф311. Рациональные значения основных параметров процесса резания материалов установлены на основании результатов анализа стабильности технологической системы, представленных в главе 2. Качество обработанной поверхности оценивается по следующим показателям: параметры шероховатости, отклонения формы, твердость.

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.

а

б

в

Отклонение

профиля, мкм

Длина измеряемой поверхности, мм

       Рис. 8. Профилограммы поверхностей деталей из капролона: а - точение;

б - предварительное растяжение и точение; в - предварительное

сжатие и точение

Распределение параметра шероховатости Ra  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 Rа 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.

а

б

Шероховатость поверхности, Ra, мкм

Подача, мм/об

Шероховатость поверхности, Ra, мкм

Подача, мм/об

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

а

б

в


длина

имеряемой поверхности, мм

  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 0,110 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;

4 – 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 Rа 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 Ra 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 Ra=f(t0) при исследуемых параметрах t и d позволяет сделать вывод о существовании диапазонов оптимальных значений параметра t0, соответствующих минимальным значениям Ra.

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.

а

б

Шероховатость поверхности, Ra, мкм

Шаг отверстий, t, мм

Шероховатость поверхности, Ra, мкм

Шаг отверстий, t, мин

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 Sтж  - коэффициент растекания ПАВ, н/м;  -  плотность ПАВ, кг/м3; lx, hz – 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:

Сх =   (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 Сх за время диффузии можно использовать следующую зависимость:

,                                      (19)

где Сх – 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 Сх 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.

а

б

Прочность материала, МПа

Время обработки ПАВ, час

Концентрация ПАВ, %

Прочность материала, МПа

Время обработки ПАВ, час

Концентрация ПАВ, %

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 Тхр<tэкспл.<Тстекл 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.

45.Еренков О.Ю., Гаврилова А.В. Экспериментальное определение прочностных характеристик конструкционных полимерных материалов Новые материалы и технологии в машиностроении. Сборник научных трудов по итогам международной научно-технической конференции. Выпуск 8. – Брянск: БГИТА, 2007. – С.22-25.

46.Еренков О.Ю. Влияние химической обработки полимерных материалов на их  прочность/ О.Ю. Еренков//  Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: материалы V Международной научно – технической конференции: в 2 ч. Ч.2. – Курск: Курский государственный  технический университет, 2007. - 279 с.

47.Еренков О.Ю. Стабильность процесса  резания полимерных материалов /О.Ю. Еренков, А.Г. Ивахненко, Е.О. Ивахненко // Проблемы качества машин и их  конкурентоспособности: материалы 6-й Международной научно-технической конференции, г. Брянск,22-23 мая 2008 г. /под общ. Ред. А.Г.Суслова. Брянск: БГТУ, 2008. – Е.Г. 580 с.

48.Еренков О.Ю. Влияние параметров токарной обработки на твёрдость обработанной поверхности деталей из полимерных материалов/ О.Ю. Еренков, Е.Г. Калита//Проблемы качества машин и их конкурентоспособности: материалы 6-й Международной научно-технической конференции /под общ. Ред. А.Г.Суслова.- Брянск: БГТУ, 2008.-580с.

49.Еренков О.Ю. Влияние предварительного деформирования заготовок из полимерных материалов на качество поверхностного слоя обработанных точением деталей/ О.Ю. Еренков, Е.Г. Калита, Е.В. Комялова, В.Л. Никишечкин// Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации: материалы VI Международной научно – технической конференции: в 2 ч. Ч.1 – Курск: Курский государственный  технический университет, 2008. - 230 с.

50. Патент  № 2207937 Российская федерация, (51) МПК 7 В 23 В 25/02. Устройство для предварительной обработки  заготовок из пластмасс/ О.Ю. Еренков, С.А. Ковальчук. - № 2001106372/02; заявлено 06.03.2001; опубликовано 10.07.2003, Бюл. №19. – 5 с.

51. Патент  № 2284911 Российская федерация, (51) МПК 7 В 29 С 37/00. Устройство для предварительной обработки  заготовок из  пластмасс/ О.Ю. Еренков, С.А. Ковальчук. - № 2004131041/12; заявлено 22.10.2004; опубликовано 10.10.2006, Бюл. №28. – 4 с.

52. Патент  № 2203183 Российская федерация, (51) МПК  7 В 29 С 69/00. Способ обработки деталей из  пластмасс/ О.Ю. Еренков. - № 2001106372/12; заявлено 24.03.2001; опубликовано 27.04.2003, Бюл. №12. – 4 с.

53. Патент  № 2317196 Российская федерация, (51) МПК В 29 С 37/00. Способ обработки заготовок из  пластмасс/ О.Ю. Еренков, А.В. Гаврилова. - № 2006110788/12; заявлено 03.04.2006; опубликовано 20.02.2008, Бюл. №5. – 3 с.

54. Патент  №2328374 Российская федерация, (51) МПК В 29 С 37/00. Способ обработки заготовок из  пластмасс/ О.Ю. Еренков, А.В. Гаврилова, А.Г. Ивахненко А.Г. - № 2006138533/12; заявлено 31.10.2006; опубликовано 10.07.2008, Бюл. №19. – 3 с.

55. Патент  №2342249 Российская федерация, (51) МПК В 29 С 37/00. Устройство для предварительной обработки  заготовок из  пластмасс / О.Ю. Еренков, С.О. Еренков, Е.Г. Калита, Г.А. Калита. - № 200712076/11; заявлено 30.05.2007; опубликовано 27.12.2008, Бюл. №36. – 4 с.

Еренков Олег Юрьевич

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Подписано в печать 31.01.2009. Формат 60х84 1/16.

Бумага писчая. Гарнитура Time New Roman.Печать цифровая.

Усл. печ. л. 2,56. Тираж 100 экз. Заказ № 37.

Отдел оперативной полиграфии издательства Тихоокеанского

государственного университета.

  680035, Хабаровск, ул. Тихоокеанская, 136






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

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.