Терморегулирование процесса механической обработки жаропрочных, труднообрабатываемых материалов
На основании экспериментальных исследований и анализа полученных данных будет выведен ряд моделей позволяющих управлять технологическими процессами механической обработки с использованием дополнительных систем охлаждения и смазки зоны резания, с целью достижения оптимальных температурных и трибологических параметров процесса.
На сегодняшний момент механообработка современных материалов при условии достижения заданного качества поверхностного слоя экономически не эффективна с точки зрения трудовых и материальных затрат, а подходы к управлению процессами повышения качества поверхностного слоя, не говоря уже о его наноструктурировании, до сих пор не обоснованы с научной точки зрения.
Решением обусловленных проблем могут стать современные методы автоматизации на основе нейросетевых моделей и мехатронных систем терморегулирования процесса резания при обработке с целью повышения общей надежности изделий нефтегазового машиностроения.
Целями проекта являются:
- Повышение эффективности процесса механической обработки труднообрабатываемых, жаропрочных сплавов и наплавленных материалов.
- Разработка методологии применения систем охлаждения с замкнутым контуром, используемых для твёрдого точения.
Актуальность: существенной проблемой современного машиностроения является избыточное повышение температуры за счет выработки тепла в процессе резания. Температура ускоряет износ инструмента, уменьшает точность обработки и качество обработанных поверхностей. Поэтому исследования по управлению температурой резания, путем увеличения теплоотдачи являются самыми актуальными для повышения качества обработки.
Также актуальность исследования подтверждается работами российских и зарубежных ученых изучающих вопросы терморегулирования при сухой обработке труднообрабатываемых, жаропрочных сплавов.
Ряд подходов к созданию режущего инструмента с внутренним охлаждением сменных пластины описан в трудах C. Ferri и T. Minton, принцип работы которых направлен на подачу охлаждающей жидкости на основание пластины через внутренние каналы токарной державки.
Применение процессов сухой обработки рассматриваются учеными Yanbin Zhang, Changhe Li*, Min Yang, Dongzhou Jia, Dongkun Zhang и Xiaowei Zhang в работе которых используются системы MQL для подачи минимального количества смазки при выполнении процессов шлифования и выглаживания поверхностного слоя деталей.
Задачи проекта:
- Разработать методологию терморегулирования процесса механической обработки труднообрабатываемых, жаропрочных сплавов и наплавленных материалов, в условиях твердого точения;
- Проработка подходов к реализации предложенных методов с установлением эмпирических зависимостей и взаимосвязей;
- Разработать математическую модель терморегулирования процесса резания, учитывающую интенсивность теплоотвода, скорость механообработки и качество получаемой поверхности;
- Разработать конструкции основного и вспомогательного оборудования необходимого для реализации предложенных методов.
Научная новизна проекта: Впервые будет разработана методика процессов терморегулирования при обработке изделий из материалов с высокими требованиями к износостойкости и высокой твёрдостью, а также труднообрабатываемых, жаропрочных сплавов с учетом известных подходов к интенсификации теплоотдачи (MQL и внутреннее охлаждение режущего инструмента по замкнутому контуру) при сухом точении.
Объект исследования НИОКР: Стеллит и сормайт используются для наплавки на поверхность плашки превентора при его изготовлении и ремонте, а так же при наплавке уплотнительных поверхностей запорной арматуры. Возможно применение данных материалов при восстановлении и ремонте валов, лопаток и других элементов конструкции газотурбинных двигателей газоперекачивающих установок.
Исследование направлено на решение проблемы обработки изделий с высокими требованиями к износостойкости и высокой твёрдостью, такие как стеллит и сормайт, а также труднообрабатываемые, жаропрочные сплавы с высоким содержанием хрома, такие как инконель, очень тяжело поддаются механообработке так, что вопрос о её экономической эффективности долгое время даже не стоял. Кроме того борьба за качество поверхностного слоя, не говоря уже о его наноструктурировании, до сих пор не обоснована с научной точки зрения.
Решением стоящих перед механо-обработчиками задач, могут стать современные методы терморегулирование процесса резания.
Ожидаемые научные результаты:
- На основании данных полученных в ходе экспериментов, а также их анализа будет сформулирована теория терморегулирования в процессе механической обработки (твердого точения) жаропрочных и труднообрабатываемых материалов. Установлены эмпирические зависимости качества поверхностного слоя от интенсивности и способа теплоотвода. Разработаны практические рекомендации по определению режимов теплоотвода в зависимости от типа обрабатываемого материала и интенсивности процесса.
- Получение университетом исключительных прав на результаты научной деятельности ВНК.
Проект актуален для компаний и предприятий, занимающихся изготовлением и ремонтом изделий трубопроводной запорной арматуры, ответственных изделий нефтегазового машиностроения.
Научный коллектив проекта:
- Некрасов Роман Юрьевич, Руководитель ВНК, Кандидат технических наук, доцент, ТИУ, заведующий кафедры «Технология машиностроения». Президентская программа повышения квалификации инженерных кадров.»Компьютерные технологии и автоматизация конструкторско-технологической подготовки машиностроительных производств».
- Кокорин Илья Николаевич, Темпель Ольга Александровна , Темпель Юлия Александровна, аспиранты кафедры «Технология машиностроения»
- Стариков Александр Иванович, Старший преподаватель кафедры «Технология машиностроения», Президентская программа повышения квалификации инженерных кадров.»Компьютерные технологии и автоматизация конструкторско-технологической подготовки машиностроительных производств»
- Калаев Александр Павлович, администратор модульного обучения
- Кузьмин Максим Сергеевич, студент группы МАШмп-18-1 кафедры «Технология машиностроения»
- Никитенко Яна Федоровна, студент группы МАШмп-18-1 кафедры «Технология машиностроения»
