Введение к работе
Актуальность проблемы. В условиях рыночной экономики превалирующим фактором, в наибольшей степени влияющим на конкурентоспособность продукции, является ее качество Существенную роль в обеспечении качества изделий играет применение различных видов абразивной обработки В свою очередь, основным фактором эффективности обработки является абразивный инструмент соответствующего вида и характеристики
Композиционный материал инструментов может быть на жесткой и упругой связующих основах К условно жестким можно отнести керамическую, бакелитовую, магнезиальную связки, к упругим (эластичным) -полимерные и каучуковые связки В рамках одной группы упругости в зависимости от уровня структурно-механических характеристик материала инструмента значения модуля упругости могут быть в определенном диапазоне
Эффективность применения инструмента во многом зависит от правильного выбора таких характеристик его материала, как плотность и пористость, определяющих уровень основных рецептурных показателей -номера структуры и степени твердости Во всех случаях важнейшим показателем, особенно с точки зрения безопасности, вследствие высоких скоростей и наличия неуравновешенности, является прочность материала инструмента
В зависимости от уровня требований к эксплуатационным и качественным показателям абразивной обработки те или иные структурно-механические и рецептурные параметры могут играть главенствующую роль Так, для профильного шлифования деталей топливной аппаратуры требуется инструмент высокой плотности и твердости, с хорошей кромкостой-костью и прочностью Заточка рабочих поверхностей лезвийных инструментов может быть эффективна при применении абразивного инструмента с низкой твердостью и плотностью, для глубинного высокоскоростного шлифования требуются высокопористые инструменты с самой низкой твердостью, но прочные При доводочных низкотемпературных процессах часто применяются достаточно упругие инструменты, которые должны обладать при этом высокой прочностью и износостойкостью
Однако отсутствуют комплексные исследования структурно-механических характеристик материала абразивных инструментов в широком диапазоне значений модуля упругости, позволяющие систематизировать выявленные закономерности и использовать их для повышения эффективности обработки, расширения области применения инструментов Проведение таких исследований является актуальной проблемой
Цель работы - формирование рациональной композиционной структуры материала абразивных инструментов на связующих различной упругости на основе комплексных исследований закономерностей взаимодействия компонентов, процессов разрушения и деформирования для улучшения эксплуатационных и качественных показателей, расширения области применения и разработки новых композиционных составов инструментов
Методы и средства исследований.
В работе использованы системный подход и комплексная методика исследований общих закономерностей структурообразования композиционного материала абразивных инструментов, процессов разрушения и деформирования Теоретические положения базируются на научных представлениях и законах теории резания и технологии машиностроения, материаловедения, физико-химической механики дисперсных систем и композитов, теории механизмов и машин, теории вероятностей и математической статистики Для решения ряда задач применено компьютерное моделирование
В экспериментальных исследованиях структурно-механических, эксплуатационных и качественных показателей абразивных инструментов использованы современные методики, приборы, оборудование, аттестованные измерительные средства, методы рентгеноспектрального анализа и электронной микроскопии
Достоверность теоретических положений, экспериментальных исследований и практических рекомендаций подтверждена обширными результатами производственных испытаний, внедрением разработок в промышленность
Научная новизна работы состоит в следующем
Научно обоснована и решена комплексная научно-техническая проблема формирования структуры абразивных инструментов различной упругости на основе принципов физико-химической механики дисперсных систем, позволившая выявить наличие и характер связей структурно-механических характеристик материала инструмента с эксплуатационными и качественными показателями, разработать методологию создания перспективных составов абразивных инструментов
На основе исследований механизма разрушения разработана аналитическая модель прочности материала абразивного инструмента с учетом дисперсности абразивных частиц, взаимодействия компонентов, наличия и размеров пор, модуля упругости композита
Выявлены особенности упруго-пластического разрушения материала инструментов на полимерной связке, доказаны наличие и закономерности распределения упругих деформаций, соизмеримых со съемом металла и величинами погрешностей обрабатываемых деталей
Определены условия и методы обеспечения равномерности и максимальной плотности распределения абразивных частиц в структуре материала инструмента с учетом введения мелкозернистого наполнителя Выявлены закономерности образования пористой структуры абразивных инструментов на керамической связке, в том числе, высокопористой с введением выгорающего порообразователя, по соотношению размеров и содержанию его частиц
Разработана модель зацепления абразивный шевер - зубчатое колесо с учетом упругих деформаций по удельным скольжениям и размерам пятна контакта, предложены математические критерии оптимизации,
обосновано влияние величины и закономерности изменения деформаций на особенности и эффективность применения инструмента 5 Получены экспериментально-аналитические модели
зависимостей параметров пористости, прочности и эффективности шлифования от фракционного и количественного содержания порооб-разователя в материале абразивных инструментов на керамической связке,
зависимостей показателей прочности, упругости, твердости и усадки материала инструмента от содержания и технологических условий применения эффективных модификаторов и эластификаторов,
- зависимостей эксплуатационной стойкости и качественных пока
зателей абразивных шеверов на полимерных связках от модуля упругости
их материала
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Разработаны новые составы абразивных масс на различных связующих, обеспечивающих высокие структурно-механические показатели композиционного материала, защищенные авторскими свидетельствами на изобретения
Производство инструментов на керамической связке освоено на научно-производственной базе Волжского института строительства и технологий, отдельные партии выпускались на ряде абразивных заводов (Волжский, Лужский, Ташкентский) Техпроцессы изготовления абразивных шеверов на полимерных связках различной упругости внедрены в производство на Кыштымском заводе абразивных материалов
Абразивные инструменты различных видов и характеристик освоены в эксплуатации на большом количестве ведущих предприятий России и СНГ (КамАЗ, ГАЗ, ОАО «Волгабурмаш», Витебский и Одесский станкозаводы, Ногинский и Чугуевский заводы топливной аппаратуры, ОАО «ВПЗ», ИПК «Царицын» и другие), достигнута высокая работоспособность, в том числе повышена стойкость в 1,5 - 3,9 раз, долговечность деталей на 15 -30 %, обеспечены более широкие технологические возможности
Результаты исследований использованы для разработки составов и технологии изготовления композиционных изделий различного назначения
В результате внедрения вследствие совершенствования структурно-механических характеристик материала инструментов в основном за счет повышения их эксплуатационной стойкости получен экономический эффект 1,7 млн руб , о чем свидетельствуют акты
За разработку и внедрение ряда позиций специальных инструментов автор награжден золотой и бронзовой медалями ВДНХ
Апробация работы
Основные положения и результаты исследований докладывались на международных конференциях по абразивным материалам, инструментам и процессам абразивной обработки «Интерграйнд - 91» (г Ленинград, 1991 г), «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (г Волжский, 1997 - 2006 г г), всесоюзных научно-техничес-
ких конференциях и семинарах по полимерабразивным инструментам (г Киев, 1979 г), «Технологические методы обеспечения качества зубчатых передач» (г Свердловск, 1981 г), «Несущая способность и качество зубчатых передач» (г Алма-Ата, 1985 г), по абразивным инструментам и обработке (г Киев, 1990 г), «Механизация финишно-зачистных и отделочных работ в машиностроении» (г Белгород, 1990 г), «Прогрессивные технологии и оборудование для неметаллических материалов» (г Волжский, 1990 г), всероссийской конференции «Современные технологии в машиностроении» (г Пенза, 2001 г), областном семинаре «Вопросы проектирования, изготовления и прочности деталей машин» (г Волгоград, 1979 г), заседаниях научно-технических советов Волжск-ВНИИАШ и ВНИИАШ (1984 г ), заседаниях кафедры «Инструментальное производство» Мосстанкина (г Москва), заседаниях кафедр «Технологии обработки и производства материалов» ВИСТех (г Волжский, 2005-2007г г) и « Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении» СГТУ (2007г)
Публикации. По результатам исследований опубликовано 70 работ, в том числе 11 работ в изданиях, рекомендованных ВАКом, 1 монография, 11 авторских свидетельств и патентов РФ на изобретения Основное содержание изложено в 30 публикациях, включенных в автореферат
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, списка литературы и приложений Объем составляет 408 страниц с приложениями, включая ИЗ рисунков и 35 таблиц, список цитированной литературы 227 наименований
Похожие диссертации на Формирование рациональной композиционной структуры высокоэффективных абразивных инструментов на связующих различной упругости
