Введение к работе
Актуальность темы. Одной из наиболее важных задач машиностроения является повышение надежности и долговечности деталей машин и инструментов. Эксплуатационные свойства деталей машин во многом зависят от состояния поверхностного слоя: физико-механических свойств, остаточных напряжений, шероховатости, поэтому требования к качеству поверхностей деталей постоянно повышаются. Доля шлифовальных, зачистных, полировальных и других финишных методов обработки возрастает, однако многие операции отделочно-зачистной обработки мелкоразмерных деталей выполняются с использованием ручного труда.
Сопоставление различных методов обработки мелкоразмерных деталей показало, что наиболее перспективным и производительным методом отделочно-зачистной обработки (ОЗО) является виброабразивная обработка в свободных абразивных средах.
Однако ее широкое внедрение сдерживается появлением локальных побито-стей на деталях от их взаимного соударения, при использовании режимов обработки, обеспечивающих высокую производительность процесса за счет увеличения амплитуды и частоты колебаний. В настоящее время отсутствуют отработанные конструктивные решения пространственных маятниковых вибромашин, поэтому определение рациональных конструктивных и технологических параметров чистовой виброабразивной обработки мелкоразмерных деталей в пространственных маятниковых вибромашинах, обеспечивающих получение минимальной шероховатости поверхности, с одновременным значительным сокращением технологического времени обработки, и разработка оборудования для их реализации, является своевременной и актуальной задачей.
Цель и задачи работы. Цель работы - снижение параметра шероховатости, при сохранении высокой производительности процесса чистовой виброабразивной обработки мелкоразмерных деталей в пространственных маятниковых вибромашинах, путем определения рациональных конструктивных и технологических параметров.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Исследовать характер формирования шероховатости поверхности при обработке в свободных абразивных средах методом пространственных маятниковых колебаний.
Исследовать влияние конструктивных и технологических параметров маятниковых вибромашин на качество поверхности обрабатываемых деталей и производительность обработки для данного типа машин.
Разработать адекватные математические модели съема металла и формирования минимальной величины шероховатости поверхности.
Установить функциональные связи между конструктивными параметрами маятниковых вибромашин и величиной шероховатости поверхности.
Разработать рекомендации по созданию вибромашин, расширяющих технологические возможности процесса для чистовой виброабразивной обработки.
Методы исследования. Теоретическое исследование базируется на использовании соответствующих разделов технологии машиностроения, теории вероят-
1 cm«pfjrTrby)Q Ї
ности, дифференциальных уравнений, математической статистики и математического моделирования на персональном компьютере.
Экспериментальные исследования проводились на экспериментальной установке, реализующей колебания по закону конического маятника, и позволяющей в широком диапазоне изменять конструктивные и технологические параметры, с целью выявления их влияния на производительность процесса и качество поверхности обрабатываемых деталей. Обработка полученных данных и аналитические исследования выполнялись на персональном компьютере.
Автор защищает следующие основные положения:
Аналитические исследования механизма съема металла и формирования шероховатости поверхности при обработке в свободных абразвиных средах.
Результаты экспериментальных исследований влияния конструктивных и технологических параметров маятниковых вибромашин на качество поверхности обрабатываемых деталей и производительность обработки.
Уравнения регрессии, адекватно описывающие характер съема металла и получение минимальной шероховатости поверхности.
Диапазон конструктивно-технологических параметров, обеспечивающих доминирующую роль механизма истирания перед микрорезанием и скалыванием.
Рекомендации по выбору конструктивных и технологических параметров пространственных маятниковых вибромашин для чистовой виброабразивной обработки.
Научная новизна.
Установлен рациональный диапазон конструктивно-технологических параметров пространственных маятниковых вибромашин, обеспечивающий минимальную шероховатость поверхности за счет доминирования съема металла от истирания: радиус водила 5...45 мм и частота вращения приводного вала 200...300 об/мин. Методом многокритериальной оптимизации определено оптимальное сочетание съема металла и шероховатости для латуни Л70, которое обеспечивается при значении радиуса водила 25 мм и частоты 300 об/мин.
Установлен различный характер влияния горизонтальной и вертикальной составляющих амплитуды на формирование шероховатости поверхности. Увеличение вертикальной составляющей свыше 5 мм оказывает отрицательное влияние на высотные параметры шероховатости.
Установлено, что минимальная шероховатость поверхности достигается при обработке в цилиндрической рабочей камере, при жестком водиле, обеспечивающем независимое регулирование горизонтальной и вертикальной составляющих амплитуды и угол наклона оси рабочей камеры 2...5.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанная математическая модель позволяет определять соотношения основных технологических и конструктивных параметров машин, использующих пространственные маятниковые колебания. На основании исследований была разработана опытно-промышленная вибрационная установка для чистовой ОЗО со средней продолжительностью обработки 5-8 мин, в зависимости от конкретных производственных условий.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международной научно-технической конференции «Вопросы проектирования, эксплуатации технических систем в металлургии, машиностроении, строительстве», (Старый Оскол, 1999); международной научно-технической конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения" - "Технология - 2000", (Орел, 2000); V международной научно-технической конференции «Вибрация - 2001 (Вибрационные машины и технологии)», (Курск, 2001); IV международной научно-технической конференции «Вибрации в технике и технологиях», (Винница, 2002); на научных конференциях СТИ МИСиС, 1999-2001 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 227 страниц, в том числе 67 иллюстраций, 17 таблиц и 58 страниц приложений. Список использованных литературных источников содержит 134 наименования.
