Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях развития промышленного производства одной из ведущих задач является обеспечение качества изделий на основе внедрения перспективных технологий механической обработки деталей. Качество изготовления деталей невозможно повысить без совершенствования финишных операций абразивной обработки.
Для обеспечения высокого качества поверхностей изделий используют различные технологические методы финишной абразивной обработки, такие как шлифование, суперфиниширование, абразивная доводка и др.
Однако, несмотря на разнообразие вышеуказанных методов, проблемный характер носит финишная обработка тонкостенных легкодеформируемых ответственных деталей типа пластин с соотношением толщины и диаметра (h/d 0,05), к которым предъявляется комплекс повышенных требований к шероховатости, отклонениям формы и расположения, а также к физико-механическим характеристикам.
Применение традиционных методов финишной абразивной обработки во многих случаях не обеспечивает заданный комплекс параметров. Особенно затруднен процесс обработки, когда материалом пластин являются труднообрабатываемые сплавы. Абразивная доводка незакрепленным шлифовальным материалом позволяет обеспечить достаточно высокие требования к качеству поверхностей деталей, однако технологические возможности данной обработки в полной мере не использованы. Поэтому задача совершенствования технологии финишной обработки поверхностей деталей типа тонкостенных пластин с целью стабильного получения их качественных характеристик является актуальной.
Цель работы – обеспечение качества обработки поверхностей тонкостенных пластин абразивной доводкой путем управления траекторией относительного движения пластин и притира и последующего электрохимико-механического полирования.
В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи:
- теоретически и экспериментально исследовать влияние технологических режимов и условий абразивной доводки пластин при сложном относительном движении деталей и притира на производительность процесса и шероховатость обрабатываемых поверхностей;
- разработать методику определения рациональных режимов и условий обработки поверхностей тонкостенных пластин по предлагаемой технологии;
- исследовать влияние технологических режимов и условий процесса электрохимико-механического полирования на снижение шероховатости обрабатываемой поверхности после абразивной доводки;
- разработать научно обоснованные практические рекомендации по выбору рациональных технологических режимов и условий обработки тонкостенных пластин;
- разработать принципы и осуществить модернизацию оборудования для реализации предлагаемой технологии.
Объект исследования - процесс финишной обработки тонкостенных пластин, состоящий из операций абразивной доводки и электрохимико-механического полирования.
Предмет исследования - технологические параметры и условия процессов абразивной доводки и электрохимико-механического полирования, обеспечивающие комплекс заданных требований к поверхностям тонкостенных пластин.
Методы исследований. Теоретические исследования проводились на базе основных положений технологии машиностроения, теории шлифования, теории электрохимической обработки, теоретической механики, теории упругости и пластичности, молекулярной физики граничного трения, теории вероятностей и математической статистики.
Экспериментальные исследования проводились по стандартным методикам в производственных и лабораторных условиях с использованием аттестованной контрольно-измерительной аппаратуры. Полученные данные обрабатывались с помощью средств вычислительной техники и представлялись в виде эмпирических зависимостей, удобных для практического применения.
Научная новизна работы состоит в следующем:
по специальности 05.02.08:
- получены математические зависимости для расчета кинематических параметров и параметров контактного взаимодействия абразивных частиц с обрабатываемыми поверхностями пластин, позволяющие определять рациональные значения соотношения скоростей движения пластин и притира;
- получены эмпирические зависимости, устанавливающие взаимосвязь технологических факторов с получаемыми параметрами шероховатости поверхности и производительностью абразивной доводки;
по специальности 05.02.07:
- предложены зависимости для определения рациональных режимных параметров электрохимико-механического полирования поверхностей после абразивной доводки;
- разработаны принципы модернизации оборудования для реализации предлагаемой технологии, заключающиеся в управлении траекторией относительного движения пластин и притира и в обеспечении плавного регулирования перемещения притира.
Практическая ценность:
- предложен технологический процесс финишной обработки тонкостенных пластин, обеспечивающий высокую производительность и требуемое качество поверхности;
- разработана методика определения режимов и условий обработки поверхностей тонкостенных пластин, позволяющая на стадии технологической подготовки производства надежно обеспечивать заданное качество деталей;
- осуществлена модернизация оборудования, при которой обеспечивается управление траекторией относительного движения пластин и притира и плавное перемещение притира при абразивной доводке.
Соответствие паспортам научных специальностей.
Выполненная диссертационная работа соответствует паспортам специальностей 05.02.08 «Технология машиностроения» и 05.02.07 «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки» по следующим областям исследования:
по специальности 05.02.08:
- технологические процессы, операции, установы, позиции, технологические переходы и рабочие хода, обеспечивающие повышение качества изделий и снижение их себестоимости;
- математическое моделирование технологических процессов и методов изготовления деталей и сборки изделий машиностроения;
- совершенствование существующих и разработка новых методов обработки и сборки с целью повышения качества изделий машиностроения и снижения себестоимости их выпуска;
- технологическое обеспечение и повышение качества поверхностного слоя, точности и долговечности деталей машин;
по специальности 05.02.07:
- теоретические основы, моделирование и методы экспериментального исследования процессов механической и физико-технической обработки, включая процессы комбинированной обработки с наложением различных физических и химических воздействий;
- исследование механических и физико-технических процессов в целях определения параметров оборудования, агрегатов, механизмов и других комплектующих, обеспечивающих выполнение заданных технологических операций и повышение производительности, качества, экологичности и экономичности обработки;
- создание, включая исследования, проектирование, расчеты, комплектующих агрегатов и механизмов, обеспечивающих достижение требуемых технологических и технико-экономических параметров оборудования.
На защиту выносятся:
- математические зависимости для определения кинематических параметров и взаимодействия абразивных частиц с обрабатываемыми поверхностями пластин, позволяющие назначать рациональные значения технологических режимов;
- зависимости, устанавливающие взаимосвязь технологических факторов с параметрами шероховатости поверхностного слоя и производительностью процесса абразивной доводки пластин;
- методика определения режимов и условий абразивной доводки тонкостенных пластин в сочетании с электрохимико-механическим полированием на стадии технологической подготовки производства;
- рекомендации по совершенствованию технологии финишной обработки тонкостенных пластин и повышению ее эффективности;
- принципы модернизации оборудования для реализации предлагаемой технологии, заключающиеся в управлении траекторией относительного движения пластин и притира и в обеспечении плавного регулирования перемещения притира.
Реализация результатов работы. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований новой схемы финишной абразивной обработки внедрены в ООО «СИРИУС-2000» (г. Москва)
и ООО «РИНТОР» (г. Москва), что позволило повысить производительность обработки в 1,36…1,44 раза и стабильно обеспечить параметр шероховатости поверхности Ra = 0,08 мкм.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на II Международной научно-технической конференции «Аналитические и численные методы моделирования естественнонаучных и социальных проблем» (г. Пенза, 2007 г.), II Международной научно-технической конференции «Математическое и компьютерное моделирование естественно-научных и социальных проблем» (г. Пенза, 2008 г.), III Международной научно-технической конференции «Аналитические и численные методы моделирования естественно-научных и социальных проблем» (г. Пенза, 2008 г.), X Международной научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века» (г. Пенза, 2012 г.) и на расширенном заседании кафедры «Технология машиностроения» в 2012 г.
Публикации. Основные положения диссертации отражены в
12 печатных работах, из них 4 без соавторов и 4 работы в изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит
из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы и приложений и содержит 36 рисунков, 12 таблиц, список литературы
из 114 наименований. Общий объем работы 147 страниц.
