CC BY
93
силовых и скоростных условий его работы во всех переходах. По физическому смыслу «энергетическая» износостойкость определяет величину работы сил трения в сопряжении (очаге деформации), вызывающей потерю единицы изношенного объема поверхности волоки.
Эта характеристика наряду с 1а, И, КИ/р является показателем качества (2-го уровня) и может быть использована для сравнительной оценки износостойкости волочильного инструмента, независимо от условий его эксплуатации.
Кроме того, рассчитанная новая характеристика - энергетическая интенсивность изнашивания поверхности ставдартного волочильного инструмента позволяет оценить технический ресурс (ґ = Тг) его работы (время непрерывной эксплуатации от установки до пере шлифовки на новый размер).
Гамма-процентный ресурс Тг можно определить из основного уравнения изнашивания [4],
задаваясь величинои предельного линеиного износа волоки Ad (t ) = [Ad ]:
t = Tr =
([Ad]2 + [Ad]- (d0 + d1))- n ■
l
(3)
mp
В этом уравнении параметры очага деформации й0, й1, / и мощность сил трения Мтр определяются по алгоритму математической модели процесса изнашивания волочильного инструмента [4]. В связи с тем, что 1а определен с вероятностью ^=0,99 и пределом Р = 0,9 попадания в доверительный интервал, значение ресурса Тг = Т90 определяется с вероятностью безотказной работы Р = 0,9, при этом волочильный инструмент отнесен к ответственным триботехническим изделиям второго класса надежности [2].
Библиографический список
1. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.Д. Браун и др.; Под общ. ред.
А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 2003. 576 с.
2. Проников A.C. Параметрическая надежность машин. М.: Изд-во М ГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 560 с.
3. Крагельский И.В. Трениеи износ. 2-е изд., перераб. идоп. М.: Машиностроение, 1968. 480 с.
4. Моделирование процесса изнашивания волочильного инструмента / Ащупов В.П., СеменоваО.В., Ащупов А.В., Быков A.C. // Процессы и оборудование металлургинеского производства. Межрегшн. сб. науч. трудов / Под ред. Железкова О.С. Вып. 6. Магнитогорск: МГТУ, 2004. С. 95-100.
5. Трениеи смазкиприобрабогке металлов давлением / А.П. Грудев, Ю.В. Зильберг, В.Т. Тилж. М.: Металлургия, 1982. 312 с.
6. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2 т. / Под ред. И.В. Крагельского, В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. Т. 1. 400 с.
УДК 669.1.002.5-192
В. П. Анцупов, О. В. Семенова, А. В. Анцупов, А. С. Быков, И. Н. Мингазов
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОЛОЧИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ЕГО ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ
Волочильный инструмент является элементом сложного технического устройства (волочильного стана) и как объект рассмотрения может именоваться изделием, к которому применимы стандартные термины и определения надежности (ГОСТ 27.002-89 «Надежность в технике. Основные понятия и определения»). Согласно ГОСТ 22.851-77 «Выбор номенклатуры показателей ка -чества продукции» [1, 2], надежность изделия рассматривается как одно из главных свойств, определяющих его качество. Термин «надежность» формируется на основе базового понятия «работоспособность» - свойство изделия выполнять за-
данные функции, сохраняя значения выходных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией (техническими условиями). Выходные параметры называют показателями качества изделия 1-го уровня [3].
Для волочильного инструмента выходными параметрами являются геометрические и м икрогеометрические характеристики, физико-механические свойства, параметры структуры поверхностного слоя и др. Так как уровень их значений формируется в технологическом процессе изготовления волочильного инструмента и однозначно определяется с помощью специальных средств
измерения, их можно назвать «выходными технологическими параметрами» (ВТП) волочильного инструмента.
По определению понятия «работоспособ-ность» диапазон изменения (ухудшения) выход -ных параметров (ВТП) инструмента при эксплуатации (волочении) определяет длительность его непрерывной работы до наступления пре-дельного состояния, т. е. его ресурс Ту - основной показатель его надежности и качества.
С другой стороны, поскольку более 90% всех отказов волочильного инструмента являются постепенными (износными) отказами [4], то интенсивность (1) изнашивания его поверхности с заданными ВТП (или её износостойкость И), зависит от условий фрикционного взаимодействия (трения при волочении) и также определяет ресурс работы волочильного инструмента Тг как главный показатель эксплуатационной (трибологической) надежности
Таким образом, как улучшение ВТП, формируемых при изготовлении волочильного инструмента , так и снижение интенсивности изнашива-ния 1 его рабочей поверхности (повышение её износостойкости И), зависящее от эксплуатационных (технологических и фрикционных) характеристик, предполагают повышение долговечности, надежности и, следовательно, качества волочильного инструмента.
Согласно комплекту документов «Единый порядок систематической оценки технического уровня и качества машин, оборудования и другой техники», 1982 г. (ГОСТ 22851 «Выбор номенклатуры показателей качества промышленной продукции», «Отраслевая методика оценки уровня качества продукции»), методики КС УКП и ГОСТ 22 851, волочильный инструмент как
Таблица 1
Физико-механические свойства твердых сплавов (ГОСТ 3882)
Марка Код ОКП Физико-механические свойства
Предел прочности при изгибе, Н/мм2 не менее Плотность, х 103 кг/м3 Твердость НВД, не менее
1 2 3 4 5
ВК3 196522 1176 15,0-15,3 89,5
ВК6 196524 1519 14,6-15,0 88,5
ВК 3-М 196511 1176 15,0-15,3 91,0
ВК 6-М 196512 1421 14,8-15,1 90,0
ВК 6-ом 196516 1274 14,7-15,0 90,5
ВК6-В 196532 1666 14,6-15,0 87,5
ВК8 196525 1666 14,5-14,8 88,0
ВК8-В 196533 1813 14,4-14,8 86,5
ВК8-ВК 196535 1764 14,5-14,8 87,5
промышленная продукция второго класса пятой группы (как ремонтируемые изделия) должна квалифицироваться го тринадцати группам показателей качества, одиннадцать из которых являются обязательными Поскольку в действующих отраслевых стандартах на волочильный инструмент регламентированы только три единичных показателя (табл. 1 и 2, графа 6) и только одной группы качества, следует считать, что указанные нормативные документы на настоящий момент не являются руководящими, а качество волочильного инструмента неконгролируе-мым. Таким образом, очевидно, что действующие в настоящее время отраслевые нормативные документы требуют существенной доработки как в плане увеличения числа технологических показателей качества первого уровня, так и их качественного содержания.
Согласно ГОСТ 15467 «Управление качеством продукции» для создания нормативных документов , способных контролировать качество волочильного инструмента, необходимо, на наш взгляд, рекоме вдовать пре д став ленный в табл. 2 перечень ВТП (показателей качества первого уровня) из десяти характеристик. Их значения должны соответствовать между народ ным стандартам (см. табл. 2, графа 8).
В графе 7 табл. 2 экспериментальными исследованиями [4] определены фактические значения всех десяти характеристик по типовой технологии изготовления волочильного инструмента. Из графы 10 а, табл. 2 ввдно, что для семи из десяти показателей значение #г<1, это говорит о том, что помимо создания новой НТД, требует существенного улучшения существующая схема собственно технологического процесса производства стандартного волочильного инструмента.
Для повышения качества волочильного инструмента в работах [5, 6] разработана новая технология изготовления волочильного инструмента с применением новых операций: способа высоких гвдростатических давлений (ВГД) при изготовлении заготовок-волок и чистовая опера -ция алмазно-электролитического выглаживания (АЭВ) рабочего канала волок на конечном этапе изготовления. Новая технология позволила существенно улучшить значения показателей качества первого уровня (ВТП) (см. табл. 2, графа 9) по сравнению с международными требованиями (табл. 2, графа 8).
Расчет относительных показателей уровня технологии д представлен в столбце 10 б, табл. 2. Очеввдно, что практически все показатели значительно выше единицы (дс_р «1,31), а предложенная технология является вполне конкурентоспособной на внешнем и внутреннем рынке.
Таблица 2
Анализ показателей качества волочильного инструмента
Величинапоказателя волочильного инструмента Пі *
Наименование показателя качества волочильно- Вид пока- изсплаваВК 6 Ч>
№ п/п Обозначе- UIMP Ед. lyioiv я Пп гогт Серийного Планируемого (по зарубежным источникам) Фактического (по новой ВГД-АЭВ технологии) Т мпп
го инструмента зателя иом. 1 IU 1 \J\j 1 3882 (потиповой технологии) 1 VW IU ВОЙ ВГД-АЭВ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 а 10 б
Выходныетехнолотче-
ские параметры (ВТП)
(показатели качества 1-го
уровня):
1 Р1 - прочность при изгибе, не менее ед. ° В и МПа 1500 1500 1500 1700 1 1,13
2 Р2 - плотность, не менее ед. Р кг/м3 14,3-103 14,6-103 14,8-103 14,8 0,99 1,0
3 рз - твердость, не менее ед. HRA ед. 88,5 89 89 89-90 1 1,01
4 Р4 - размер зерен ШО, не более ед. dwc мкм - 10-20 6 5 0,25 1,2
5 рв - количество мелких зерен ШС, не менее ед. K-dwc % - 10-20 70 70-90 0,21 1,14
6 рв - пористость (степень), не более ед. П % - 0,5 0,2 0,2 0,4 1,0
7 Р7 -предел прочности при сжатии, не менее ед. & и В сж МПа - 4300 5800 5300 0,74 0,91
8 рв - остаточная деформация сжатия, не менее ед. р ° ост % - 0,5 0,875 3,0 7 ,5 0 3,42
9 Р9 - шероховатость поверхности, не более ед. Ra мкм - 0,4 0,08 0,01-0,04 0,2 2,3
10 рю - остаточные поверхностны енапряжения ед. ^ ост МПа - Растяжения (-) Сжатия (+) ~ +1400 >1 >1
* q i - относительны й показатель уровня технологии по /-му (=1.. .10) показателю качества волочильного инструмента по сравнению со значением показателей зарубежных аналогов; qi = р,т1рт или qi = рт1р,т из формул выбирают ту, при которой увеличению относительного показателя qi отвечает улучшение качества волочильного инструмента; ед. - единичный.
Для промышленной реализации ВГД-АЭВ технологии и оборудования разработаны и утверждены соответствующие нормативные документы:
- технические условия ТУ 14-4-1679-91 «Заготовки твердосплавные для изготовления волок повышенной стойкости».
- технологическая инструкция ТИ 176-МТ. ПР.
03-244-99 «Электролитическая обработка
твердосплавных волок поликристаллически-ми катодами».
- технологическая инструкция ТИ 176-МТ.ПР. 03-243-99 «Изготовление конических инструментов - катодов, оснащенных поликристал-лическими сверхтвердыми материалами».
РКД № 2102 на установку для алмазной электролитической обработки волок;
РКД №2301 на изготовление поликристал-лических катодов;
технико-экономическое задание на изготовление опытно- промышленной партии твердо -сплавных заготовок для волок, полученных при высоких гидростатических давлениях; техническое задание на разработку и внедрение процесса алмазно-электролитической обработки поликристаллическими катодами твердосплавных волок, специального станка и инструментов для ее осуществления.
Библиографический список
1. ПрониковА.С. Параметрическая надежность машин. М.: Изд-воМГТУим. Н.Э. Баумана, 2002. 560 с.
2. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичинадзе, ЭМ. Берлинер, Э.Д. Браун и др.; Под общ. ред.
А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение, 2003. 576 с.
3. Черновол М.И. идр. Повышениекачествавосстановлениядеталеймашин. К.: Техника, 1989. 168 с.
4. Повышение износостойкости рабочего каналатвердосплавных волок диаметром менее 2 мм / Семенова О.В., Хухарева
И.Н., Скорняков В.П. идр. // Сталь. 1991. № 2. С. 40.
5. Вайнер И.Л., Семенова О.В. Волочильный инструмент, изготовленный методом гидростатических давлений // Состояние и основные направления по совершенствованию производства проволоки для игл: Сб. науч. тр. Ижевск: НИИМТ, 1991. С. 73-75.
6. Алмазно-электролитическая обработка твердосплавных волок поликристаллическими катодами / Семенова О.В., Гур-вич P.A., Пудов Е.А. и др. // Сб. статей семинара. Вологда, 1996. С. 93-95.
УДК 669.1.002.5-192
В. П. Анцупов, О. В. Семенова, А. В. Анцупов, А. С. Быков, М. В. Налимова
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ВОЛОЧЕНИЯ НА ИЗНОС ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ИНСТРУМЕНТА
При проведении теоретических исследований ставили задачу выявить не только наиболее значимые параметры технологического процесса, влияющие на линейный износ волочильного инструмента , но и оценить изменение износа при их комплексном взаимодействии. Кроме того, при проведении теоретических исследований показано сравнение результатов влияния технологических параметров на износ серийного волочильного инструмента и планируемого волочильного инструмента с выходными параметрами, соответствующими международным требованиям (см. табл. 1, графа 8 в предыдущей статье). С этой целью рассчитана интегральная энергетическая интенсивность изнашивания поверхности нового (планируемого) волочильного инструмента.
Используя физический смысл показателя Ки относительной износостойкости, значение энергетической интенсивности изнашивания поверхности нового Iffl™ (с планируемыми ВТП) волочильного инструмента можно записать как:
с = с • ки. (1)
В качестве Ia3m в нашем случае следует принять значение энергетической интенсивности из -нашивания серийного волочильного инструмента Im3m = Iacep = 3,5-10"10 мм3/Н-м [1], а выражение для коэффициента Ки найти, рассматривая подходы для его оценки различных авторов из обзора, представленного в работе [2]. При этом в выражении для Ku должно быть учтено по возможности наибольшее число изменяющихся планируемых ВТП нового волочильного инструмента.
Например, если в условии (1) коэффициент Ки определять из выражения P. Kohl
EB = (ст0 2 +ов)•£Bj2 [2] с учетом эмпирической зависимости М.Е. Лошака [3], связывающей предел текучести ст0 2 твердых сплавов с со-
держанием в них кобальтовой основы Vco и величиной зерна dwc карбвда вольфрама:
а0,2 =(80 + 30■ ^Г0 + 8,3■ К), то после
некоторых преобразований получим выражение для оценки энергетической интенсивности из -нашивания волочильного инструмента с новыми (планируемыми), указанными выше, показателями качества 1- го уровня:
и У = 80 + 30d 2; (V V = 1 + 8,3V .
\ wc / wc ^ \ co; “ co
Для значений планируемых выходных технологических параметров волочильного инст-руменга (см. табл. 2, графа 8 в предыдущей статье) расчёт по условию (2) показывает, что 1шт = 1,71-10-10 мм3/Н-м.
После разработки новой ВГД-АЭВ технологии [4, 5] для изготовления волочильного инструмента с улучшенными (см. табл. 2, графа 9 в предыдущей статье) выходными параметрами (ВТП) в работе [1] определена энергетическая интенсивность изнашивания её рабочей поверхности !шФакт = 1,26-10"10 мм3/ Н-м.
Теоретическая трибодиагностика инструмента с прогнозируемыми ВТП и с ВТП по ВГД-АЭВ технологии показала, что остальные эксплуатационные показатели качества 2-го уровня для одинаковых условий волочения составляют: Для серийного волочильного инструмента:
- интегральная линейная интенсивность изнашивания 1ьер = 1,8-10-11 - 1,1-10-10;
