Введение к работе
Актуальность проблемы. Количество н номенклатура шлифовальных станков постоянно растет, достигая в отдельных отраслях производства, например при изготовлеіпга подішшшіков, 60...70 % станочного парка.
Широкому распространешпо шлифования способствует разработка новых высокопроизводительных методов обработки (силовое, глубинное, высокоскоростное и т.д.), абразивных материалов (хромтитаиистьш, цнркоігаевьій и монокорунды) и шгструментов.
Необходимость совершенствования имеющихся и создания специализировашгых станков обусловливается сложностью осуществления самого процесса шлифования в связи с затупленим абразивных инструментов и появлением ггрижогов на шлифуемой поверхности обрабатываемых деталей, снижающих их качество, долговечность и работоспособность. В авиациотгой промышленности контро тю на прижоги подвергаются 100% деталей.
Отличительной особешгостыо совремеїпюго шлифовального обору-довашія является значительное повышение уровня его автоматизации на базе систем числового программного управлегаад. В этих условиях резко возрастает необходимость разработки для управления шлифовальными станками с ЧІГУ надежного программно-математического обеслече-Ш1Я с оптимизацией режимов обработки.
В настоящее время для решения задач оптимизации процессов шлифования, в связи с отсутствием научно обосиовашшх связи технологических условий с результатами обработки (прижоги, трещины, шероховатость и т.д.), используются лишь экспериментально Плучеігш>ге степенные зависимости выходных параметров от режимов галлфоваїшя. Однако, при этом любое решение задачи оптимизации справедливо лишь для данных условий эксперимента и- не может переноситься на друте условия. Поэтому особешю актуальным является решение оптимизационных задач на базе теоретических исследовании, связаїшьіх с анализом мехкшізмов различных физических явлений при обработке шлифованием: анализ геометрии резания, процессов деформирования обрабатываемого материала, динамики процессов резания абразивными зернами, теплофизнческих явлений, механизма износа инструмента, применения смазочта-охдаждающих средств и т.д.
Итак, необходимо создать математическое программж с обесноч.-л<п;!; для реалнзацгаї ога'ишізациогагьіх расчетов на осново теоретических моделей с корректировкой по результатам экспернмонта.тзикх рахют.
Очень важно при этом, чтойїл зкпсрнпсгнгалън^-т-сорсгпчсскп';
модели учитывали изменения условий обработки в нрр_цсссе_из>іог.а рабочей поверхности инструмента, непосредственно влияющего на силы резашш, расходуемую мощность, температуру в зоне шлифования и т.д.
Из изложенного следует, что повышение производительности процесса шлтроваиия с обеспечением необходимого уровня качества шлифованной поверхности детали (внутрешшс напряжения, глубина нрижогов и т.д.) при оптимизации условий обработки является актуальной, крушині паучпоіі проблемой, имеющей важное народнохозяйственное злачегше.
Цель работы. Разработка научных основ высокопроизводительного бесирижогового шлифования сталей и сплавов.
Основные результаты работы и их пгучпая новизна. Впсрвые_в практике шлифования установлены аііалитичсские закономерности изменения параметров рабочей поверхности шлифовальных кругов (количество режущих зерен, расстояние между ними и т.п.) в зависимости от зернистости, структуры и степени затупления инструмента в процессе шлифования (инструментальная модель).
Аналогичные зависимости установлены и для гибких абразивных шіструментов (ленты, диски и т.д.).
С использованием полученных данных по состоянию рабочей поверхности инструментов впервые решено "Основное уравнение іШШфрвзШш!!» определены аналіптічсские зависимости то^штяп^г^езаетмх слоев металла отдельными режущими зернами от технологических условий обработки (режимы шлифования, характеристшеа инструмента н заготовки, степень затупления инструмента, жесткость станка и т.д.) для различных схем шлифования (периферией круга, торцом круга, профильное шлифование и т.д.) (кинематическаямодель).
tU-.саТСЛТЛГУІО ( IV ) ;I V~.lі'.ІЛЛЬІЩО AJ^lL і.^ос/^іі^ОіЩіє е:ілм
'.єзлііия пг. сг;;.;;;ь,;ісі ро».су іщіх ^ирнах с уче го і ; треіпія і;'-Л~ ;с; шіструї ісл-
На базе ллкэщихся дпшгых по деформационным процессам при струпскосбразоцашш рт'.зргиботвнп ноіл-л утоунсішг.я схема г;р_ртска-.гл;і лг-оцесса сбразов:-ло;я элементной стружки зі соответствующая ей схміа соалапсиропглпплх г.пешиях и гліутрешшх сил, действующих на режущее :>~ тю, огделлемую стружку и с5рг.батьізьсму:о гг.готогку.
та об обрабатываемую поверхность и влияшш смазочно-охлаждающих технологических средств на коэффициент трения между режущим зерном, отделяемой стружкой и обрабатываемой поверхностью заготовки. Используя данные по силам резания на режущих зернах и количеству режущих зерен на едишще площади пятна контакта между инструментом и обрабатываемой заготовкой, с учетом величины площади пятна контакта, впервые в практике шлифования получеігм определенные
аналитичсские^ашРЖІ^ Шз)_от_техію^сп^ичсаш^ лстот_инструмеііта (силовая модель).
Используя известные выражения для определешія контактной температуры в зоне шли(]мватія с учетом отвода тепла в инструмент и стружку и дополнительно с учетом экспериментальных зависимостей теплофизических параметров шлифуемой заготовки и интенсивности напряжений в шлифуемом материале заготовки от температуры в зоне ш.тлс]х)в;шия, впервые в практике шлифования получены экспериментально-аналитические зависимости контактной температуры от тсхіголопіческих условий шлифования и степеші затупления инструмента ДЖЛ>а-Мичных_схе^лплт^^
На основании информации о температуре в зоне шлифования уточняются значения сил резания и расходуемой мощности (при данной температуре) и определяется величина глубины распространения прижогов в поверхностном слое шлифуемой заготовки.
В итоге, на базе разработанных моделей с учетом установленных требований по качеству обработанной поверхности детали и технических возможностей используемого оборудовашиг, ciaptw^gbajiajiqu^JWJK: мизационпая модель процесса интенсивного бесприжогового шлифоваїшя ст али"і_и_спла rob.
Практические результаты работы. На основе установленных зависимостей сил резания, расходуемой мощности, температуры в зоне шлифовашія, глубтты распространения прижогов от режимов шлнфова-іпія, параметров заготовки и инструмента, степеші его затупления н условий правки, с учетом статических и динамических характеристик качества стан-ка (жесткость, впброустойчнвость, геометрімеская точность и др.) на момент его эксплуатащщ, технолог оперативно с помощью САПР
определяет условия интенсивного бесприжогового шлифования и устанавливает периодичность правки ішетрумента,
выбирает оптимальные характеристики абразивного инструмента,
разрабатывает автоматический рабочиіі цикл данной операции шлш})овапия с учетом черновых, чистовых и выхажнаат-лдих прохолов,
- разрабатывает программное математическое обеспечение автома
тического управления интенсивной бесприжоговой обработки с ограниче
нием по силам резаїшя, температурам, расходуемой мощности, глубине
дефектного слоя, степени затупления круга и т.д.
Конструкторы станков, инструментов и технологической оснастки но данным о силах резаїшя и затрачиваемой мощности рассчіітьгеают па прочность и жесткость детали и узлы станка, инструменты и оснастку, подбирают необходимые приводы главного движения, подач и захшмных устройств для заготовки и инструмента.
На базе полученных данных можно сравнивать альтернативные варианты технологий, оборудования и инструментов и давать оценку их эффективности.
Внедрение.
По результатам исследования качества поверхностного слоя зубьев внедрены оптимальные режимы шлифования зубчатых колес на станках различных типов на заводах "Салют", п/я Jv 300 (г. Москва), ПО "Моторостроитель" (г. Пермь), "Звезда", "Русский дизель" (г. С.Петербург).
Результаты исследоваїнія отражены в руководящих технологических материалах РТМ-1299 "Шлифование зубчатых колес", выпущенных научно-исследовательским институтом технологии и организации производства (ШТАТ) для отрасли.
Разработан, защищен авторским свидетельством и внедрен на Воткішском машшюстроитслыюм заводе "Способ наладки зубошлифовальных станков".
Результаты исследований использованы при проектировании в ЭНИМС зубошлнфовалъного станка SB83G с червячным абразивным кругом.
По результатам исследования ленточной обработки профиля пера лопаток турбин разработано руководство по определению режимов шлифования на станках фирмы "Метабо" с внедрением на заводах ЛЗТЛ а ПОТ "ЛМЗ" (г.Сг.ш;т-Г1етербург}.
Разработана, защищено авторским евндегельегшм и опробовано л.1 ои/лтпой мтюголешочной установко па база станка ДЩ-70 "Устройство дд-.г ленточного шліхфзгаїшя криволинейных поверхностей'. Материалы
it *:.'.. сдоваїтіі персд;-.:пі Центральному ;іау»шо-лсслегїователтхкопу .ii::t:uyiy гохаал^ітл; п-ішпюстес-лгія (Д1ШИТМЛШ) г. Мссхвп ц;и
Проведены отладка, запуск и. испытание 3-х позтщогаотго копировального станка ШС-7 для шлифоваїшя лопаток турбин абразивньнпг кругами на ЛЗТЛ (г.Саїшт-Петербург). Выданы рекомендацій! по условиям использовашія станка в производстве.
Проведены исследования по шллфовазнпо гибкими инструментами крлволинеііньгх поверхностей деталей типа лопасть, корпус н др. с внедрением п НИИ Де (г.Москва), па СМПО (г.Стугашо) и на заводах отрасли.
- Спроектирован, изготовлен и внедрен ленточношлифовальный
станок на базе станка ДПІ-І6 на ЛЗТЛ (г. Санкт-Петербург).
Для внедрения полученных результатов исследовашгй в учебный процесс:
разработаны новые учебные планы для студентов (спец. 1202) с элементами специализации по обработке шлифованием;
готовится материальная и методическая база для организации специализации по проектировашпо и эксплуатации шлифовального оборудования;
разработаны программы и опробоваїїьі два новых лекционный курса: "Станки и шгструмеиты абразивной обработки" для дневной и вечерней ({юрмы обучения;
издано два методических указания к курсовоі^гу и дипломному проектированию "Определение сил резания при шлифовании", "Определение условий самозатачивания шлифовальных кругов с использованием ЭВМ";
подготовлено к печати учебное пособие для студентов специальностей 1201, 1202 "Обеспечение интенсивного шлифования сталей и сплавов с учетом степени затупления инструмента";
- по теме диссертации защищено около 30 дипломных работ
студентами спец. 0501 (1202).
В перспективе намечены:
- подготовка и выпуск в печать справочного пособия по расчету
сил резания, расходуемой мощности, температур в зоне резания, глубины
дефектного слоя при различных схемах шлифовагшя - для ітжеїшрію-
техннческих работников машиностроительных заводов, конструкторских
и исследовательских организаций, студентов вузов;
выпуск монографии по научным основам интенсивного шлифования сталей и сплавов;
разработка математического программного обеспечения для различных шлифовальных станков с ЧПУ тип;1, С\С.
.>
Апробация. Основные результаты работы докладывались на международных, всесоюзных, республиканских, межвузовских и друпіх кош|»рснциях и семинарах:
-
Семинар зуборезов Среднего Урала "Пути повышения качества и точности обработки зубчатых колес", Свердловск, 19(55, 1967.
-
Всесоюзная научно-техническая конференция 'Методы изготовления зубчатых колес'.", г. Пермь, 1965.
-
Научно-технические конференции "Повышение качества, надежности и долговечности мепиш и изделий", г. Пермь, 1966-1975.
-
Всесоюзное научно-техническое совещание "Повышение качества зубчатых и червычяных передач на основе внедрения прогрессивной технологии", г.Ереван, 1971.
-
Научно-техшіческая конференция вузов Урала по машиностроению, г.Ижевск. 1970.
-
Научно-техническая конференция "Наука и технический прогресс в маишностросшш", г.Гомель, 1973, 1974.
-
Четвертая научно-техшіческая конференция Уральского политехнического ішетитута им. С.М.Кирова, г.Свердловск, IS73.
-
Первая научно-техтгческая конференция "Совершенствование процессов фшпштой обработки в машиностроении", г.Минск, 1975.
-
Цаучно-иракгическая конференция "Прецезиошіая обработка детален манпні алмазным инструментом", г. Гомель, 1976.
-
Всесоюзная конференция "Высокопроизводительная механическая обработка деталеіі машин и приборов", г.Киев, 1976.
-
Научно-техішческие конференции Белорусского нолнтсхничс-ского института, 1974-1978.
-
Научно-технические семинары, проводимые ЛДЫТП, г. Ленинград, 19S0-1991.
-
Международная научно-техшіческая конференция "Прогрес-сшшыс процессы шлифования, инструмент и его рациональная эксплуатация" ("Шлнфоваіше-86"), г.Ереван, 1985.
-
Всесоюзная конференция "Интенсификация технологических процессов мехашіческой обработки", г.Ленинград, 1986.
15. Ill Всесоюзный научно-технический семинар "Оптимизация
условий эксплуатации и выбора характеристик абразивного инструмента
в манпшостроешш", ("Онтимшлифабразив-88"), г.Новгород, 1SS8.
16. VIII Международная коцферешпш но абразивным материалам,
инструментам и процессам абразивної! обработки ("Иптергришід-ЙІ"),
і .Ленинград, 1991.
і". Юбилейная научно-техническая конференция "Прогрессивная
технология в маштюстроении", г.Тольятти, 1992.
-
Работа рассматривалась на научных ссшшарах Уральского политехнического института (1985,1990), Ульяновского политехнического института (19SS), Тольятлшского политехнического ішститута (1990), С.-Петербургского института машшотстросния (198S, 1990, 1993, 1995), Одесского политехішчсского шгетитута (1990).
-
В диссертации учтены мнеїшя многих ведущих специалистов к области абразивной обработки из Челябинска, Ижевска, Перми, Саратова, Москвы, Екатерішбурга, Львова, Вильнюса, С.-Петербурга.
Публикация. Основное содержание диссертации опубликовано в 43 печатных трудах, в том числе 3 авторских свидетельства на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы и приложения, содержащего акты о внедрении результатов работы.