Анотація до роботи:

Тітаренко О.В. Забезпечення якості на етапі напівчистової обробки термопластичних полімерних матеріалів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 – процеси механічної обробки, верстати та інструменти. – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2008.

Дисертацію присвячено вирішенню науково-технічної задачі забезпечення необхідної якості поверхневого шару термопластичних полімерних матеріалів за рахунок створення раціональних теплофізичних умов у зоні різання на етапі напівчистової обробки. Виявлено взаємозв’язок між тепловими явищами на обробленій поверхні та у приповерхневому шарі полімерних матеріалів з якістю поверхневого шару, що враховує особливості мікрогеометрії поверхні, внутрішній енергетичний стан поверхневого шару, тип деформаційних перебудов у структурі та ступінь термомеханічної деструкції. На основі досліджень розроблено рекомендації щодо вибору параметрів технологічного процесу, що дозволило підвищити продуктивність обробки полімерів фрезеруванням та знизити кошти на придбання інструменту.

У дисертаційній роботі вирішена науково-практична задача забезпечення необхідної якості поверхневого шару виробів із термопластичних полімерних матеріалів за рахунок створення належних теплофізичних умов у зоні різання шляхом обґрунтованого вибору параметрів процесу фрезерування на етапі напівчистової обробки. За результатами роботи зроблені наступні висновки:

1. На підставі проведеного аналізу інформаційних джерел стосовно будови, процесів руйнації та деформації полімерних термопластичних матеріалів вивчено особливості зміни їх структури та властивостей під впливом теплофізичної дії та визначено необхідне методичне і програмне забезпечення для експериментальних досліджень та моделювання теплових явищ процесу обробки фрезеруванням.

2. Запропоновано комплексну методику дослідження теплових явищ у полімерних матеріалах, що оброблюються фрезеруванням, засновану на реєстрації теплового випромінювання з обробленої поверхні та термоелектричної сили у приповерхневому шарі. Розроблено необхідне програмне забезпечення для розрахунку градієнту температури в напрямку головного руху різання, глибини прогріву та швидкості розповсюдження температури у поверхневому шарі.

3. За результатами експериментальних досліджень теплових явищ процесу фрезерування визначено вплив параметрів режиму різання та властивостей різального інструменту на динамічний стан поверхневого шару полімерних матеріалів, що дало можливість одержати регресійні залежності температури на обробленій поверхні та визначити їх коефіцієнти. Встановлено, що найбільша роль у процесі теплоутворення належить параметрам перерізу зрізу (особливо в області швидкостей v = 800 1500 м/хв) та геометричним параметрам інструменту. Перспективним є виготовлення і застосування інструменту з надтвердого дрібнозернистого матеріалу з геометрією дослідженої різальної пластини ТС.

4. Шляхом вирішення зворотної задачі створено 3D та 2D математичні моделі процесу розповсюдження тепла в полімерному матеріалі при обробці фрезеруванням залежно від технологічних параметрів режиму різання та геометрії різальної частини інструменту. За допомогою моделей визначено розподіл температури у поверхневому шарі полімерів товщиною менше 0,1 мм, що дозволило оцінити ступінь їх деструкції після обробки інструментом СКМ-Р та пластиною ТС з рекомендованими параметрами режиму різання.

5. Встановлено взаємозв’язок між тепловими явищами процесу фрезерування та якістю поверхневого шару полімерів ПС та ПММА. Формування стабільного термодинамічний стану матеріалу з необхідним для напівчистовій обробки рівнем шорсткості забезпечується у зоні різання при температурі, що відповідає склоподібному (до 70 С для ПС та до 90 С для ПММА) або високоеластичному фізичному стану (98С – 112С для ПС и 130С – 142С для ПММА). На базі отриманих залежностей температури склування полімерів від температури їх поверхневого шару та чисельних даних моделі розраховано товщину дефектного шару та уточнено припуски на чистові операції.

6. З використанням теорії фізичної мезомеханіки за температурними залежностями питомої теплоємності поверхневого шару полімерів дана характеристика деформаційним перебудовам їх структури залежно від термомеханічної передісторії. Встановлені технологічні параметри процесу обробки, при яких деформаційне пом’якшення поверхневого шару за рахунок появи дефектів типу смуг зсуву або його деформаційне зміцнення за рахунок орієнтації макромолекулярного ланцюга не змінюють фізико-механічні властивості полімерів.

7. Результати дисертаційних досліджень впроваджено у виробництво виробів оптичного призначення з термопластичних полімерних матеріалів на основі ПС та ПММА на Харківському державному авіаційному виробничому підприємстві.

Публікації автора:

1. Лавриненко С.Н., Сизый Ю.А., Титаренко О.В., Мамалис А.Г. Математическое моделирование процесса распространения температурных полей при ультрапрецизионной обработке полимеров // Вісник Національного технічного університету " Харківський політехнічний інститут". - Харків: НТУ "ХПІ". - 2003. - №9. - С. 13-18.

Здобувачем сформульовано задачу теплопровідності, яка описує просторове розташування температурного поля за методом джерел тепла, що дозволило вивести загальні аналітичні рівняння.

2. Сизый Ю.А., Лавриненко С.Н., Титаренко О.В., Мамалис А.Г. Анализ модели динамики распространения температурных полей при лезвийной обработке полимеров // Резание и инструмент в технологических системах. – Харьков: НТУ "ХПИ", 2003. - Вып. 65. - С. 137-143.

Здобувачем виконано розрахунок рівняння теплопровідності та встановлено адекватність аналітичної моделі з експериментальними даними.

3. Сизый Ю.А, Лавриненко С.Н., Титаренко О.В. Идентификация положения фиктивного источника тепла при моделировании температурного поля в зоне резания при ультрапрецизионной лезвийной обработке полимеров // Високі технології в машинобудуванні. – Харків: НТУ «ХПІ», 2004. - Вып.1(8) - С. 137-144.

Здобувачем виконано розрахунки рівняння теплопровідності за умов різного розташування теплового джерела, на основі яких встановлено величину інтенсивності теплового джерела.

4. Титаренко О.В. Влияние теплофизических характеристик на свойства термопластичных полимерных материалов при их обработке // Високі технології в машинобудуванні. – Харків: НТУ «ХПІ», 2004. - Вып.2(9) - С. 221-226.

5. Франк А., Турнер Т., Титаренко О.В., Лавриненко С.Н. Измерение температуры в ходе обработки фрезерованием термопластичных материалов оптического назначения // Вісник Національного технічного університету "Харківський політехнічний інститут". - Харків: НТУ "ХПІ". - 2005. - №24. - С. 240-247.

Здобувачем запропоновано комплексну методику реєстрації температурного поля в полімерному матеріалі у процесі фрезерування, яка дозволяє досліджувати характер розповсюдження тепла в залежності від технологічних умов обробки.

6. Титаренко О.В., Рименшнайдер И. Создание программного обеспечения для оценки результатов температурных измерений // Резание и инструмент в технологических системах. – Харьков: НТУ "ХПИ", 2005. - Вып.69. - С. 319-324.

Здобувачем запропоновано алгоритм оцінки експериментальних даних пошарового вимірювання температури, за яким створено програмне забезпечення та виконано порівняльний аналіз залежності температури у поверхневому шарі від технологічних умов обробки.

7. Титаренко О.В. Анализ влияния теплофизических явлений процесса фрезерной обработки на внутреннее состояние полимерного термопластичного материала // Резание и инструмент в технологических системах. – Харьков: НТУ "ХПИ", 2006. - Вып.70. - С. 466-472.

8. Лавриненко С.Н., Титаренко О.В., Мамалис А.Г. Теплофизические аспекты процесса механической обработки полимерных термопластичных материлов // Високі технології в машинобудуванні. – Харків: НТУ «ХПІ», 2006. - Вып.1(12) - С. 239-244.

Здобувачем на основі експериментальних даних встановлені залежності температури від параметрів режиму різання та запропоновано раціональні діапазони їх значень для забезпечення мінімального впливу на поверхневий шар оброблюваних полімерних матеріалів.

9. Лавриненко С.Н., Титаренко О.В., Танченко А.Ю. Оценка величины деструкции полимерного термопластичного материала после лезвийной обработки фрезерованием // Резание и инструмент в технологических системах. Харьков: НТУ "ХПИ", 2007. - Вып.71. - С. 466-472.

Здобувачем запропоновано методику, яка на основі експериментально-теоретичних даних динамічного та теплофізичного стану поверхневого шару, дозволяє оцінити товщину зміненого поверхневого шару полімерів.

10. Деклар. пат. 71351А Україна, МПК В23В29/00/ С.М. Лавриненко,
О.В. Тітаренко; НТУ „ХПІ”. Регульований різцетримач - № 20031212184; Заяв. 23.12.2003 р.; Опубл. 15.11.2004 р., Бюл. № 11.

Здобувачем виконано патентний пошук щодо існуючих конструкцій, запропоновано окремі елементи конструкції різцетримача.

11. Lavrynenko S.N., Mamalis A.G., Titarenko O.V. Thermophysical Analysis and Modelling of Amorphous Thermoplastic Polymers Ultraprecision Single-Point Cutting // Proc. 6th euspen International Conf., V.1. - Baden bei Wien. - 2006. - P. 54-57.

Здобувачем проведено оцінку даних температури в приповерхневому шарі полімерного матеріалу під час обробки, що дозволило встановити інтенсивність теплового джерела.

12. Titarenko O.V., Frank A., Riemenschneider I.C. Thermal analysis of polymeric materials under machining conditions // Proc. 6th euspen International Conf., V.1. - Baden bei Wien. - 2006. - P. 75-78.

Здобувачем запропоновано методику дослідження динамічного стану поверхневого шару полімерних матеріалів на базі комплексних експериментальних та теоретичних досліджень теплових явищ в процесі обробки фрезеруванням.