Машиностроение. Металлургия

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шапочник В.И., Семенова Л.М., Бахрачева Ю.С. Нитроцементация в условиях периодического изменения состава атмосферы // Материаловедение. 2010. № 8. С. 52-58.

2. Прокошкин Д.А. Химико-термическая обработка – карбонитрация. М.: Машиностроение, Металлургия, 1984. 240 с.

3. Шарая О.А., Дахно Л.А., Шарый В.И. Упрочнение изделий из чугуна методом карбонитрации // Материалы 9-й Междунар. практ. конф. «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки». СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2007. Ч. 2. С. 300-304.

4. Супов А.В. Создание процесса карбонитрации // Металловедение. Термическая и химико-термическая обработка сплавов. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2000. С. 142-151.

ӘОЖ 621.7.073=512.122

Термофрикциялық өңдеудің тағы бір технологиялық мүмкіндігі туралы

К.Т. ШЕРОВ, т.ғ.д., МТ кафедрасының профессоры, М.М. МУСАЕВ, МТ кафедрасының магистранты Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті

Кілт сөздер: термофрикциялық өңдеу, термофрикциялық өңдеу тәсілі, термофрикциялық кесу, үйкеліс дискісі, арнайы фрикционды бұрғы, тұтас металда тесік алу.

Қазіргі таңда машинажасау саласында өзекті мәселе­лердің бірі бұл заманауи металдарды кесудің озат технологияларын және кесуші құралдардың прогрес­сивтік құрылымдарын жарату болып отыр.

Металл кесу және оны механикалық өңдеудің қазіргі қолданыстағы тәсілдері күннен-күнге өсіп бара жатқан өнімділік пен сапаға деген талапты әрдайым қанағаттандыра алмай отыр. Бұл жағдай, қазіргі за­манғы машинажасауда ерекше физикалық-механика­лық қасиеттерге ие болған конструкциялық материал­дардың кең қолдануымен айрықша көріне бастады. Мұндай материалдарға ыстыққатөзімді, жоғарытөзім­ді, коррозияға төзімді, қиын еритін конструкциялық материалдар жатады. Бұл материалдарды механика­лық өңдеу өте қиынға соғады, кейде оларды өңдеу мүлде мүмкін болмайды.

Осындай қиын өңделетін материалдар қазіргі уақытта энергетикалық және химиялық машинажасау салаларында, сондай-ақ, өнеркәсіптің тағы да басқа салаларында өте кең қолданыс табуда.

Өндірістің негізгі талаптарына (әмбебаптық, энер­гиялық ресурстарды пайдалану тұрғысынан қарағанда тиімді, арзан және т.б.) жауап беретін өңдеу тәсілде­рінің бірі – термофрикциялық өңдеу (ТФӨ) болып табылады.

Қарағанды мемлекеттік техникалық университеті­нің (ҚарМТУ) «Машинажасау технологиясы» (МТ) кафедрасында бірнеше бағыттарда ғылыми зерттеу жұмыстарын орындау жолға қойылған. Солардың бірі болып металдарды және қорытпаларды термофрик­циялық өңдеу технологияларын ғылыми зерттеу арқы­лы оның жаңа әмбебап, үнемді әдістерін жарату бойынша атқарылып жатқан ғылыми-зерттеу жұмыс­тары саналады. Бұл жұмысқа әрине студенттер мен магистранттар да жұмылдырылған. Кафедрада осы ғылыми бағытта студенттердің ғылыми үйірмесі жұ­мыс істеп тұр. Осы үйірме мүшелерінің ТФӨ техноло­гияларын терең үйрену мақсатында жасаған ғылыми-техникалық әдебиеттерге шолуы, бұл технологияны машинажасау саласында кең ауқымда қолдану мүм­кіндігін көрсетті. ТФӨ әдісімен келесі технологиялық операцияларды орындауға болатындығы анықталды [1]:

– дайындау операциялары (қабыршақ жою, қию, кенермен жою т.с.с.);

– беттерді өңдеу (жазық бет, цилиндр, конус, тесік, пішін қалыптастыру, бұйымды қалыптастыру);

– бет сапасын арттыру (ФАБО, беріктендіру (тер­моөңдеу), легірлеу);

– бұйымдарды біріктіру (үйкеліспен дәнекерлеу, тесікті қыздыру, дөңгелектеу, шырқ айналдыру, тартумен құрау, тойтару орнату).

ТФӨ-металды қыздыру қысымымен өңдеудің бір түрі болып табылады, ол дайындама бойында жоғары жылдамдықпен қозғалған құралдың дайындамамен түйісуі есебінен жүзеге асады.

Машинажасау саласында тетіктерді термофрик­циялық өңдеудің (ТФӨ) алғашқы тарихи әдістерінің бірі материалдарды кесу болып табылады [2]. Бұл әдісті орындауда кесу құралы ретінде жұқа болат диск түріндегі үйкеліс дискісі немесе үлкен жылдамдықта қозғалатын (50-ден 100 м/с-қа дейін) лентаны қолда­нады. Құралдың үйкелісі нәтижесінде дайындамамен түйісу орнында көп мөлшерде жылу бөлінеді, ол дай­ындама материалының жұмсаруына және балқуына алып келеді. Құрал кесу процесінің соңына дейін жоғары температурада қызған кесілетін материалмен байланыста болады. Бірақ құралдың өзі мүлдем қыз­байды. Бұны былайша түсіндіруге болады: құралдың кесу жиегінің кез келген нүктесі дайындамамен аз уақытқа ғана байланысқа түскендіктен, ол жоғары температураға дейін қызып үлгермейді. Ал кесілетін дайындаманың бөліктері құралдың кесу жиектерінің түрлі нүктелерімен тоқтаусыз өзара байланыста бола­ды. Үйкеліс нәтижесінде бөлінетін жылу металдың аз көлеміне ғана жиналатындықтан, ол өте жылдам түрде балқу температурасына дейін жетеді. Балқу күйіне жеткен металл қозғалыстағы құрал арқылы кесу айма­ғынан шығарылады. Үйкеліс дискілерімен металды кесу оның кесу жиектерімен орындалады. Диск диа­метрі кесілетін пішіннің өлшеміне байланысты бола­ды. Практикада дисктің диаметрін 250 мм-ден 1300 мм-ге дейін (1,5 мм-ден 8,0 мм-ге дейінгі қалыңдықта) қабылдайды. Дисктің материалын дайындама мате­риалына, қалыңдығына және диск жылдамдығына байланысты тағайындайды. Болат 2 және болат 3, 50Г, 60Г болаттарын қолданады. Дисктің жұмысшы бетінің беріктігі 1500-2000 рет кесуді құрайды. Одан кейін оны 10-15 ретке дейін қайта баптап жаңартуға болады. Нәтижесінде дисктің суммалық беріктігі 15000-нан 20000-ға дейінгі кесуді құрайды (дисктің жұмыс істеу мерзімі 300 сағаттан артық). Бұл әдіспен кесуге әртүр­лі материалдар беріледі. Кесу қуаты дайындама мате­риалына байланысты болады, және ол ондаған кВт-ты құрауы мүмкін. Беріс S әдетте 0,03-0,05 м/с құрайды, яғни өте жоғары болып табылады. Бұл әдістің артық­шылықтарына келесілерді жатқызуға болады: жоғары өнімділік; құрал конструкциясының қарапайымдылы­ғы, беріктігі жоғары арзан материал; білдектің конст­рукциясының қарапайымдылығы, ол кесу процесін автоматтандыру үшін алғышарттар жасайды; әртүрлі материалдарды және дайындама пішіндерін кесу үшін кең мүмкіндіктер. Кемшілік жақтары: дискті айналды­ру жетегінің жоғары қуаты (дайындамаға ену кезінде); процесс барысындағы шу (сықырлау, шиқыл); кесудің төмен сапасы (еріген металдар).

Материалдың және құрал геометриясының, сон­дай-ақ, өңдеу режимінің белгілі бір үйлесімі кезінде дайындама пластикалық күйге дейін немесе балқуы мүмкін. Қызу температурасы және дайындаманың өңдеу бөлігінде қалыптасқан жағдайы ТФӨ әдісін практикада қолдануының технологиялық мүмкіндігін анықтайды. Қазіргі уақытта ҚарМТУ-дың МТ кафед­расында тетіктерді ТФӨ бірнеше әдістері жаратылды [3,4]. Соңғы уақытта ТФӨ бетті тетіктерде тесіктер алу үшін қолданыс табуда. Бірқатар шетел фирмалары жұқақабырғалы тетіктерде бұрандалы тесіктерді алу­дың әдістерін ұсынады. Осы («жылулық») әдіспен те­сіктер алу үшін қатты қорытпадан жасалған, айналым­ның жоғары жиілігі және осьтік күш берілетін конус­ты діңгек — пуансон қолданылады [4].

Жұқа қабырғалы табақша тәрізді дайындамаларда тиімді жолмен тесік қалыптастыруда термофрикция­лық бұрғыларды қолдануға болады. Қазіргі күнде те­сіктерді термофрикциялық тәсілдердің көмегімен алу кеңінен қолданылмайды және бұл әдіс туралы, яғни фрикциялық бұрғылар туралы мәліметтер өте аз. Бұ­ған біз бакалавр дипломдық жобасын орындау бары­сында көз жеткіздік. Негізінен тесіктерді термофрик­циялық жолмен өңдеу процесі 30 жылға жуық белгілі, алайда бұл технология қазіргі уақытқа дейін бірқатар себептермен кең қолданыс таппады. Осындай себеп­тердің бірі тесіктерді ТФӨ процесінің жеткіліксіз тео­риялық зерттелмеуі және математикалық үлгілерінің

жоқ болуы болып отыр. Қазіргі күндегі тесіктерді тер­мофрикциялық өңдеудің қолданыстағы құралдарының бірі – конус тәрізді фрикционды бұрғы болып табыла­ды. Бұл бұрғы туралы негізгі ақпаратты [5] әдебиеті­нен кездестіруге болады. Ондағы берілген мәліметтер бойынша біз аталған бұрғының жалпы көрінісін тө­мендегідей жобаладық (1-сурет).

1 – сурет – Конус тәрізді фрикционды бұрғы

Конус тәрізді фрикционды бұрғының көмегімен жұқа қабатты (табақша тәрізді) материалдарда тесік алуға болады. Термофрикционды өңдеу кезіндегі те­сіктердің қалыптасу кезеңдері 2-суретте көрсетілген.

Пуансон мен тетік материалының үйкелісуі кезін­де жанасу орны қызады, материал жұмсарады және кері жағынан созылады. Тек тесік қана қалыптасып қоймай, сонымен бірге биіктігі бет қалыңдығынан 3 есе үлкен болған бурт қалыптасады. Сонан соң тесікте жоңқасыз бұранда кескіштің көмегімен бұрандалар салынады. Өңдеудің осындай әдісі автомобиль жасау­да, ұшақ жасауда, приборлар жасауда және өнеркәсіп­тің өзге салаларында қолданылады.

А – құралдың жанасуы; Б – қызу; В – пластикалық деформация; Г – тесіп өту; Д – құралдың шығуы

2 – сурет – Тесіктерді ТФӨ процесі

Осындай әдіс көмегімен қалыңдығы 8 мм-ге дейінгі беттерде диаметрі 30 мм-ге дейінгі тесіктер алуға болады деген ақпарат бар [6].

Жұқа қабатты дайындамаларда тесіктерді ТФӨ-нің лезвиялы өңдеумен салыстырғанда келесідей ар­тықшылықтары бар: өңдеу процесінің қалдықсыздығы және экологиялығы; өңдеудің жоғары сапасы; құрал­дардың жоғары төзімділігі кезіндегі жоғары өнімділігі және т.б.

ТФӨ арқылы тесікті алу тәжірибесін 2М112 үстел­ді бұрғылау білдегінде орындайды. Тәжірибе өткізу құрылғысының сызбасы 3 - суретте келтірілген.

1 – дайындама; 2 – пуансон; 3 – патрон; 4 – жүк

3 – сурет – Тәжірибе өткізу құрылғысы
Тесіктерді алу үшін Д16Т алюминий қорытпасы­нан алынған 90x20x3 мм өлшемді пластиналар қолда­нылған. Пуансондар диаметрі 6 мм болған тез кесуші болаттан дайындалып, олардың жұмысшы беттері тегістеледі. Дайындама 1 айлабұйымға орнатылған, пуансон 2 білдек айналдырығының патронында 3 бекітілген, беріліс шкивіне m салмақты жүк ілінген.

Әрбір дайындама материалы үшін n бойынша өз төменгі шекарасы болады, бұл кезде тесіктерді ТФӨ процесі жүзеге асырылмайды. Берілген тәжірибе

шарттары үшін бұндай шекара n_min = 1760 айн/мин саналады.

Алынған нәтижелер тесіктерді ТФӨ процесі тура­лы физикалық пікірге қайшы келмейді. Сынақтар нәтижесі, тесіктерді ТФӨ процесін терең зерттеуде және оны дайындама мен құрылғының түрлі матери­алдарын тиімді ету үшін де қолданылады.

Тесіктерді ТФӨ процесі отыз жылға жуық белгілі, алайда бұл технология қазіргі уақытқа дейін бірқатар себептермен кең қолданыс таппады. Осындай себеп­тердің бірі тесіктерді ТФӨ процесінің жеткіліксіз тео­риялық зерттелмеуі және математикалық үлгілерінің жоқ болуы болып отыр.

ҚарМТУ-дың МТ кафедрасында үйкеліс арқылы тұтас металда тесік алудың ТФӨ әдісін ғылыми зерт­теу мақсатында арнайы фрикциялық бұрғының құры­лымы дайындалды.

4-суретте арнайы фрикциялық бұрғының жалпы көрінісі көрсетілген.


4 – сурет – Тұтас металл материалдарда тесікті алу үшін арналған фрикциялық бұрғы
Аталған бұрғы қалыңдығы 5 мм-ге дейінгі металл дайындамаларда тесік алуға арналған. Металл дайын­дамаларды термофрикциялық өңдеудің бұл әдісінде бұрғылау процесі қарапайым бұрғылардың жұмыс істеу принципіне ұқсайды. Яғни оған айналмалы және ілгерілемелі-кері беріс қозғалыстары беріледі. Өңдеу процесі кезінде бұрғының бетіне майлау-салқындату сұйығы оның осіне сәйкес екі жақтан беріледі. Сон­дай-ақ, майлау-салқындату сұйығын тікелей кесу ай­мағына алып беру дискінің жиегінде арнайы жасалған тесіктер (олардың жалпы саны – 8) арқылы орындала­ды. Өңдеудің бұл түрін ғылыми тұрғыдан жете зерт­теу ҚарМТУ-дың МТ кафедрасының негізгі ғылыми бағыттарының бірі болып отыр. Магистранттар және студенттермен бірлесе отырып, қарқынды жұмыстар жасалынды және осы жұмыстар нәтижесінде аталмыш өңдеу тәсілінде қолданылатын арнайы құралдардың конструкциялары даярланып, ғылыми-зерттеу жұмыс­тарын одан әрі жалғастыруға негіз болып отыр.

Біз осы ғылыми бағыттағы жұмысты орындау ба­рысында ТФӨ тәсілдерін тетіктерді механикалық өң­деу, оларды құрастыру кезінде өте үнемді, тиімді және жоғары сапалы технологиялар қатарына жатқызуға болатындығына көз жеткіздік.

ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1. Нечаев К.Н. Термофрикционная обработка – перспективное технологическое направление обработки и сборки деталей // Инструмент и технологии / СПб-й институт машиностроения. СПб: Изд-во СПб ИМ, 2005. № 17-18. С. 157-162.

2. Нечаев К.Н. Перспективы применения термофрикционных технологий // Крепёж, клеи, инструмент и …2008. № 2. С. 42-43.

3. Шеров К.Т., Жетесова Г.С. Муравьев О.П. и др. Способ термофрикционной обработки плоскости и конструкция диска трения // Инновационный патент № 22998 РК на изобретение 15.10.2010. Бюл. № 10.

4. Шеров К.Т., Жетесова Г.С., Бузауова Т.М. и др. Способ термофрикционной режуще-упрочняющей обработки цилиндрических поверхностей и конструкция диска трения // Заявление о выдаче инновационного патента РК на изобретение от 25.11.2010 г.

5. Нечаев К.Н. Перспективы применения термофрикционных технологий // Крепёж, клеи, инструмент и …2004. № 3 (9). С. 18-21.

6. Нечаев К.Н. Перспективы применения термофрикционных технологий // Крепёж, клеи, инструмент и …2005. № 3 (13). С. 19-22.

4  2011