Введение к работе
Актуальность темы. Технологический процесс заточки режущих инструментов (ТП ЗРИ) является одним из важнейших этапов производственного процесса изготовления лезвийных режущих инструментов и оказывает значительное влияние на условия технологического обеспечения требуемого качества механической обработки деталей машин.
Непрерывное повышение технического уровня, качества продукции машиностроения, широкая автоматизация технологических процессов на базе станков с ЧПУ, гибких производственных систем управляемых от ЭВМ, существенно повысили требования к показателям качества режущего инструмента, которые в значительной степени определяются эффективностью шлифовально- заточных операций. Удельная трудоёмкость шлифовально-заточных операций достигает 80% общей трудоёмкости изготовления инструмента к в этих операциях формируются показатели инструмента определяющие их работоспособность.
В условиях автоматизирс ванного производства особую важность приобретает повышение эффективности технологических процессов, результативность которой находится в прямой зависимости от плотности, достоверности и качества априорной информации, наличия достаточно точного описания процесса. Основой для повышения эффективности технологических процессов заточки режущих инструментов являются технические и экономические связи, которые отражают закономерности теории и практики обработки ни ифованием.
Теоретические и экспериментальные исследования, производственный опыт показывает, что им еется существенные резервы повышения эффективности ТП ЗРИ за счет научно-обоснованных рекомендаций по совершенствованию схем резания, оптимизации параметров режима заточки и геометрии шлифовальнь х кругов.
Исходя из этого, разработка научной и методической основ совершенствования схем резания, оптимизации режимов обработки и геометрических параметров шлифо зальных кругов с целью повышения эффективности ТП ЗРИ является актуальной задачей технологии машиностроения и представляет научный и практический интерес.
Работа выполнена в соответствии с координационным планом научно-исследовательских и опыть о-конструкторских работ по изысканию ювых областей эффективного использования синтетических алмазов в іазньїх областях промышленности на 1967-И 975 г.г. и программой науч-ю-технических проблем машиностроения на 1986-4990 годы утверждение Постановлением ГКНТ Совета Министров СССР координируемые
АН Азербайджанской Республики и включенные в государственный план экономического и социального развития Азерб. ССР на 1986+1990 г.г., а также с планом НИР АзТУ на 1991+1995 г.г. по теме "Пути повышения эффективности абразивного инструмента в процессах шлифования плоских поверхностей".
Целью работы является повышение эффективности ТП ЗРИ на основе разработки новых принципиальных кинематических схем шлифования, обеспечивающих высокую производительность и требуемое качество обработки.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи исследования:
1. Математическое описание закономерностей технологического процесса заточки шлифованием:
вывод основного уравнения плоского шлифования для расчета толщины слоя, снимаемого одним зерном;
вывод формулы для расчета краевых напряжений в опоре зерна позволяющая оценивать условия потери устойчивости зерен в связки и описание взаимосвязи между устойчивостью зерен в связке и параметрами режима обработки, характеристикой кругов;
закономерность распределения нагрузки по ширине круга и образования рабочей поверхности алмазно-абразивного инструмента.
-
Разработка новых принципиальных кинематических схем шлифования на основе целенаправленного изменения вида распределения энергии и управления тепловым режимом в зоне обработки.
-
Сравнительное исследование кинематики единичного зерна, закономерности распределения нагрузки по ширине круга и температуры обработки при обычной и новых схемах плоского шлифования.
-
Параметрическая оптимизация новых схем шлифования и оценка их эффективности по сравнению с обычными схемами обработки.
-
Промышленное испытание результатов исследований.
Научная новизна работы заключается в следующих полученных результатах:
-
На основании системного анализа выявлены главные направления поиска эффективности управления ТП ЗРИ.
-
Определены основные закономерности процесса плоского шлифования, в том числе:
выведено основное уравнение плоского шлифования торцом круга для расчета толщины слоя снимаемого одним зерном;
выведено уравнение для расчета краевых напряжений в опоре зерна, позволяющая описывать условия потери устойчивости зерен в связке и
выявить некоторые особенности механизма износа абразивного инструмента;
определена закономерность распределения нагрузки по ширине круга и составлена формула с достаточной для практики точностью описывающая кривую профиля рабочей поверхности абразивных кругов;
выведены формулы для расчета температуры шлифования торцом эксцентричного и периферией наклонного круга.
3. Разработаны новые схемы плоского шлифования, позволяющие обеспечить снижение теплового воздействия на обрабатываемую поверхность и повышение эффективности использования абразивного инструмента, улучшение качества обработки и высокую производительность.
4. Созданы математические модели целевых функций и технологиче
ских ограничений новых схем шлифования применительно к условиям
операций заточки режущих инструментов.
5. Впервые выявлен, изучен эффект "ротационного перемещения"
фронта рабочей зоны активных абразивных зерен по всему периметру,
достигаемый целенаправленными изменениями кинематики процесса.
Методы исследования и достоверность результатов. Для описания ТП ЗРИ как объекта оптимизации использованы методы системного анализа, структурного синтеза, моделирование на различных уровнях.
Математическое описание закономерностей технологического процесса составлено с применением научных основ технологии машиностроения, теории резания материалов, теплофизики. Экспериментальные исследования проводились с использованием методов полного факторного планирования, современных приборов, методов и средств измерения.
Экспериментально и промышленными испытаниями установлена достоверность результатов исследования.
Практическая ценность работы. Разработаны новые схемы плоского шлифования торцом эксцентричного круга, периферией наклонного круга, с дополнительным вращательным движением заготовки и ступенчатой скоростью резания. Определены оптимальные значения параметров режима обработки и геометрии кругов.
Разработаны и доведены до уровня инженерных расчетов методики:
- определения геометрии износа рабочей поверхности алмазно-абразив
ного инструмента;
расчета температуры шлифования эксцентричными и наклонными кругами;
расчета геометрических параметров эксцентричных и наклонных кругов.
Результаты проведенных исследований предоставляют в распоряжение технолога методологическую основу разработки ТП ЗРИ, обеспечивающего требуемое качество обработки и высокую эффективность использования алмазно-абразивного инструм ента.
Реализация работы. Новые схемы шлифования разработанные на основе результатов проведенных исследований, испытаны в промышленных условиях Кишлинского машиностроительного завода, Бакинского завода нефтепромыслового машиностроения и Бакинского машиностроительного завода имени Саттархана. Результаты промышленных испытаний подтвердили эффективность применения новых схем шлифования в ТП ЗРИ в операциях финишной обработал плоских поверхностей деталей машин и приняты к внедрению.
Отдельные результаты работы использованы:
-
Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник. /Под ред. А.Н. Резникова. - М: Машиностроение, 1977. - 392 с.
-
Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. -М.: Машиностроение, 1981. - 279 с.
-
Захаренко И.П., Шепелев А.А. Алмазная заточка твердосплавного инструмента совместно со стальной державкой. - Киев: Наукова думка, 1976. - 220 с.
-
Мишнаевский Л.Л. Износ шлифовальных кругов. Киев: Наукова думка, 1982. -188 с.
-
Мовла-заде В.З., Расулов Н.М. и др. Технэлогия машиностроения. I часть. Учебник (на азерб. языке), Баку: Чашыоглы-Тахсил, 1995. - 386 с.
-
Гусейнов Г.А. Повышение эффективности технологических операций плоского шлифования на основе моделирования и управления точности обработки. Дисс.... д.т.н. - Москва, Мостанкина, 1994.
-
Селех В.Ф. Исследование некоторых конструктивных параметров и разработка основ проектирования алмазно-абразивного инструмента на примерах шлифовальных кругов. Дисс.... к.т.н., Тбилиси, ГТУ, 1976.
-
Гаджиев А.М. Исследование процесса глуби аной заточки инструмента из быстрорежущей стали кругами из кубического нитрида бора (кубони-та). Дисс. ... K.T.H., Баку, АзПИ, 1976.
-
Ахундов' Э.А. Исследование процесса заточки из маловольфрамовых быстрорежущих сталей кругами из кубического нитрида бора. Дисс.... к.т.н., Киев, ИСМ АН УССР, 1978.
-
Гордеев А.В. Исследование плоского торцового шлифования алмазными кругами с прерывистой рабочей поверхностью. Дис.... к.т.н., Куйбышев, 1973.
-
Brandin Н. Pendelschleifen und Tiefschleifcn. Diss.... Dr.-Ing., TU Braunschweig, BRD, 1978.
Апробация работы. По основным шпросам выполненных исследований сделано 34 доклада на международных, республиканских и университетских конференциях, в том числе на:
-
Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук", Москва, 1991г.;
-
Республиканских научно-технических конференциях: "Эффективные технологические процессы производства машин", Баку, 1977г., "Автоматизация машиностроения на базе гибких технологических систем", Баку, 1989 г., "Новые материалы и технологии в повышении эксплуатационной надежности машин и инструментов", Баку, 1991 г., "Исследование и преподавание точных и естественных наук в высших педагогических школах", Баку, 1996 г.
3. Научно-технических конференциях профессорско-преподава
тельского состава и аспирантов Азербайджанского Технического Уни
верситета в 1966^1997 г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 57 работ, из них 5 авторских свидетельств на изобретения.
На защиту выносятся следующие основные научные положения:
1. Описание технологического процесса заточки режущих инструмен
тов на основе системного подхода. Структурная схема операции техноло
гического процесса заточки режущих инструментов.
Положение о главных направлениях поиска эффективного управления процессом.
-
Теоретическая основа повышения эффективности технологического процесса заточки режущих инструментов, представляющая собой детерминированные модели процесса в виде системных уравнений, описывающих закономерности механизма явлений, протекающие в процессе.
-
Методологическая основа совершенствования принципиальных кинематических схем шлифования в условиях характерных для технологических процессов заточки режущих инструментов.
Новые схемы плоского шлифования торцом и периферией круга. 4. Результаты кинематического и теплофизического анализа новых схем шлифования.
-
Методика и результаты расчета геометрических параметров шлифовальных кругов при плоском шлифовании торцом эксцентричного и периферией наклонного круга.
-
Оптимизационные модели новых схем шлифования.
-
Результаты параметрической оптимизации и выявления эффективности новых схем шлифования.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов по каждой главе, общих выводов, списка литературы из 207 наименования и приложений, содержит 315 стр. машинописного текста, 60 рисунков, 15 таблиц.
Похожие диссертации на Повышение эффективности технологических процессов заточки режущих инструментов
