Введение к работе
Актуальность темы. Одной из важных проблем современной металлообработки является создание оптимальных процессов, обеспечивающих высокую производительность и требуемое качество обработанных поверхностей. Необходимость ее решения обусловлена применением в промышленности новых труднообрабатываемых материалов и возрастающими конструктивными и технологическими требованиями к изделиям и отдельным деталям. Перспективным направлением разрешения этой проблемы является интенсификация процессов абразивной обработки, достигаемая за счет увеличения глубины шлифования. Другим перспективным направлением является увеличение производительности доводочных операций и заточки инструмента. Широкое внедрение их в производство сдерживается недостаточной изученностью.
В первую очередь, недостаточно изучены вопросы, касающиеся естественного формообразования шлифовальных кругов при работе. Практически отсутствуют исследования, посвященные оптимизации макрогеометрии шлифовальных кругов в продольном сечении и взаимосвязь ее с микроизносом и вибрационными характеристиками процесса. Отсутствуют исследования, направленные на поддержание оптимальных геометрических параметров по продольной образующей кругов.
Актуальность поиска форм, обеспечивающих минимальный износ кругов, значительна как для чистовых операций, когда имеет место одноуровневый износ, так и при многоуровневом износе, при котором значительный припуск распределяется по высоте продольной образующей кругов.
Целью работы является разработка научных основ решения проблемы повышения показателей процессов шлифования путем оптимизации формы инструмента с использованием принципов естественной прирабатывае-мости.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
теоретическое определение оптимальных форм продольного сечения шлифовальных кругов с использованием естественной прирабатываемости;
теоретико-экспериментальные исследования влияния деформаций и ударных нагрузок на приработку кругов;
теоретическое определение длительности приработки абразивных кругов;
исследования условий естественной прирабатываемости шлифовальных кругов, построение комплексной модели изнашивания;
разработка теории и технологии для поддержания оптимальных геометрических параметров кругов;
разработка принципов и положений, определяющих выбор и обоснование способа воздействия на термодинамическую систему, для получения
4 необходимых результатов;
исследования по влиянию формы кругов в продольном сечении на показатели процесса шлифования;
разработка программных средств для расчета геометрии шлифовальных кругов, правящих роликов и условий работы и правки.
Методы исследований. В основе теоретических исследований по оптимизации гЪопм шли^Ьовшгьных кпугов использованы синергетические принципы: при одноуровневом износе - принцип естественной одноуровневой прирабатываемости абразивных зерен; при многоуровневом износе кругов, работающих торцом, - принципы приспосабливаемости термодинамически необратимых процессов и вариационные принципы механики; при многоуровневом износе кругов, работающих периферией, - принцип равенства работ для зерен во всех поперечных сечениях.
В основу анализа физико-химических процессов положены принципы, основанные на понятии энтропии. Применялся метод конечных элементов. Использовалась целевая функция, учитывающая направление векторов эффективности по времени. Строились диаграммы Пурбе. Разработка научных положений производилась с использованием теорий упругости, пластичности, теоретической механики, ползучести, теплопроводности, устойчивости; законов термодинамики, электрохимии. Все основные положения работы проверены экспериментально с использованием современных методик и аппаратуры. Применялись металлографические, рентгеноструктурные, электронно-микроскопические, микрорентгеноспектральные и другие современные методы исследований. Разработан ряд новых методов исследований, некоторые из них защищены авторскими свидетельствами. При исследованиях применялись методы математической статистики и планирования экспериментов. В частности, для полиномиальных моделей второго порядка использованы/планы полного факторного эксперимента типа Зп, применялись планы типа «латинских квадратов».
Научная новизна работы состоит в разработке научных основ теорий формообразований шлифовальных кругов на принципах естественной прирабатываемости. Главное внимание уделялось оптимизации макрогеометрии кругов, работающих с поперечной подачей, в продольном сечении. Сформулированы, теоретически обоснованы и экспериментально проверены новые положения и концепции по вопросам формообразования кругов и поддержания их оптимальных геометрических параметров:
эффект естественной приспосабливаемости форм шлифовальных кругов к минимуму износа;
положение о взаимозависимости свойств круга, работающего торцом с большими глубинами резания, и сред Фойхта и Максвелла;
положение о влиянии кромочного износа круга на форму естественно
5 прирабатывающегося круга, работающего периферией;
положения о стремлении процесса шлифования, как любой трибосисте-мы, к самоорганизации и о противоречиях между подсистемами;
условия, исключающие зарезы на затачиваемом инструменте и осыпание кругов при малой жесткости технологической системы;
условия безударного врезания круга в заготовку;
положение о комплексной модели изнашивания шлифовальных кругов;
условия применения правящего круга как динамического гасителя колебаний;
условия очистки и правки кругов оптимальной формы методом обката.
Сформулированы требования по условиям формообразования и прира-батываемости кругов и поддержанию их оптимальных форм.
Установлено стратегическое направление по расширению технологических возможностей процессов шлифования и повышения их эффективности. Дана математическая интерпретация поиска технологических путей достижения оптимальных результатов, включая разработку программных средств для расчета геометрии шлифовальных кругов, правящих роликов и условий работы и правки.
Практическая ценность работы состоит в разработанных методиках формообразования шлифовальных кругов и поддержании их оптиматьных форм, а также в предлагаемых технологических мероприятиях, направленных на уменьшение износа кругов, увеличение производительности труда, уменьшение вероятности появления брака, увеличение надежности процессов. Для чего разработаны и внедрены в производство новые методы: высокопроизводительного шлифования, доводки и заточки деталей и инструментов; правки и очистки кругов; управления перебегом прирабатывающегося круга и другие.
Науки «Технология машиностроения» и «Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент» получили свое дальнейшее развитие за счет раздела, посвященного конструированию формы абразивного инструмента.
Реализация результатов работы. Результаты исследований, новые технологии, методики, устройства внедрены в производство на предприятиях Самары, Чебоксар, Павлодара, Сасово, Кемерово, в «Горьковском научно-производственном регионе».
Апробация работы. Основные научные положения работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах, совещаниях: научно-техническом семинаре «Повышение качества серийных, создание новых абразивных материалов, инструментов и взаимодействие их с изделиями при шлифовании», Волжский, 1972; научно-техническом семинаре «Финишная обработка абразивно-алмазными инструментами», МДНТП,
Москва, 1973; Всесоюзной конференции «Теория и практика алмазной и абразивной обработки деталей приборов и машин», Москва, 1973; научно-технической конференции «Обрабатываемость жаропрочных и титановых сплавов», Куйбышев, 1974; 4-й Всесоюзной межвузовской научно-технической конференции «Научные основы автоматизации производственных процессов в машиностроении и приборостроении», Москва, МВТУ, 1975; республиканской научно-технической конференции «Методы чистовой обработки деталей машин», Одесса, 1975; научно-технической конференции «Новые прогрессивные технологические процессы в машиностроении», Оренбург, 1975; республиканской научно-технической конференции «Новое в абразивной обработке труднообрабатываемых материалов», Киев, 1976; IV Всесоюзной конференции «Теплофизика технологических процессов», Тольятти, 1976; Всесоюзной конференции «Новое в теории и практике создания и применения синтетических сверхтвердых материалов в народном хозяйстве», Киев, 1977; V Всесоюзной конференции «Теплофизика технологических процессов», Волгоград, 1980; Всесоюзной конференции «Современные проблемы резания инструментами из сверхтвердых материалов», Харьков, 1981; межотраслевом семинаре «Пути повышения производительности и качества механообработки и прогрессивных методов заточки режущего инструмента», Чебоксары, 1981; Всесоюзной конференции «Прогрессивная технология изготовления отливок из черных и цветных металлов», Чебоксары, 1986; межотраслевом семинаре «Совершенствование методов формообразования, повышение стойкости инструментов и технологической оснастки», Чебоксары, 1988; межотраслевом семинаре « Высокопроизводительные процессы обработки резанием, шлифованием», Чебоксары, 1988; Всесоюзной конференции «Ресурсосберегающие технологии в механосборочном производстве», Киев, 1990 и других.
Диссертационная работа докладывалась в Чувашском государственном университете на кафедре «Металлорежущие станки и инструменты», Самарском государственном техническом университете на кафедре «Инструментальные системы автоматизированного производства», а также на объединенном заседании с участием кафедр «Технология машиностроения» и «Автоматизированные станочные комплексы», в НИО Чебоксарского завода промышленных тракторов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано свыше 70 научных работ, получено 3 авторских свидетельства и 2 положительных решения на выдачу патентов.
7 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, содержащих 313 страниц машинописного текста, 147 рисунков, 25 таблиц; основных результатов и выводов по работе, списка использованной литературы из 283 наименований, 5 приложений на 39 страницах, в том числе 4 рисунков, 2 таблиц.
