Введение к работе
Актуальность темы Тенденции современного развития и повышения технического уровня машин связаны с непрерывным улучшением эксплуатационных характеристик применяемых материалов - их прочности, твердости, ударной вязкости, жаропрочности, стойкости к коррозионным средам и т д
В свою очередь появление новых видов материалов, обладающих специфическими физико-механическими свойствами и, как следствие, характеризующихся трудностью их обработки традиционными методами, обуславливает актуальность создания и широкого внедрения в промышленность новых эффективных технологических процессов, основанных на фундаментальных достижениях современной науки и техники
Одним из приоритетных направлений, существенно расширяющих технологические возможности процесса обработки деталей, изготавливаемых из сталей и сплавов, обладающих высокими прочностными характеристиками, является использование локального термического воздействия непосредственно на физико-механические свойства обрабатываемого материала, включая изменение его структурных характеристик и агрегатного состояния, так что производительность обработки не зависит от физико-механических свойств обрабатываемого материала, а определяется только его теплофизическими характеристиками
Видное место в этом, успешно развивающемся в последние годы, перспективном направлении занимают электрические способы обработки деталей, использующие разновидности термического воздействия электрического тока непосредственно в процессе удаления заданного на обработку слоя материала
В технологии размерной электрообработки возрастает роль электроэрозионных методов, которые находят все большее применение во всех отраслях машиностроения как наиболее эффективные, а зачастую, и как единственно возможные способы обработки деталей из современных высокопрочных и вязких конструкционных материалов
В этих условиях приобретает актуальность проблема широкого использования потенциальных возможностей электрических методов обработки, и создание на их базе новых эффективных технологических процессов, что и составляет содержание настоящей работы
Цель работы и задачи исследования. Создание теоретических основ энергоэффективного метода размерной электрической обработки контактным непрерывным оплавлением (ОКНО), физическую основу которого составляют использование в качестве источника электротепловой энергии взрывно-искрового процесса (ВИЛ) непрерывного оплавления, возникающего в межэлектродном промежутке (МЭП) в условиях непрерывно существующего неплотного электрического контакта между быстроперемещающейся рабочей поверхностью обрабатывающего инструмента (ОИ) и обрабатываемой поверхностью заготовки, обусловленного эффектом Джоуля-Ленца и целенаправленное управление процессами униполярного оплавления, заданного на обработку припуска материала обрабатываемой заготовки (ОЗ), совместно с процессами эвакуации продуктов диспергирования из технологической зоны обработки, с целью обеспечения требуемых выходных параметров обработки и формирова-
ния необходимого качества обработанной поверхности Создание технологии и оборудования для его реализации
Достижение этой цели связано с решением следующих основных задач
исследование рабочих процессов и анализ энергетической эффективности электроэрозионных и электротермических методов обработки, установление физических закономерностей технологической реализации и основных принципов технического осуществления ОКНО,
установление физических закономерностей протекания рабочих процессов обработки и разработка обобщенных физико-математических моделей механизмов теплового и силового взаимодействия в технологической зоне обработки и процессов эвакуации продуктов диспергирования из МЭП, адекватно отражающих качественные и количественные характеристики процессов ОКНО в широком диапазоне условий обработки в их взаимосвязи с теплофизическими свойствами материалов ОИ и ОЗ, условиями теплового состояния ОИ и с конструктивно-технологическими и энергетическими параметрами процесса обработки,
создание апробированных расчетно-аналитических методов проектирования технологии ОКНО, обеспечивающих рациональные параметры обработки в широком диапазоне режимов резания, путем комплексного регулирования конструктивно-технологическими параметрами процесса обработки в их взаимосвязи с энергетическими показателями источника технологического питания (ИП), с учетом теплофизических свойств материалов 03 и ОИ,
создание опытно-промышленных моделей режущих установок, реализующих процессы ОКНО на операциях разделительной резки материалов
Научная новизна диссертационной работы
впервые исследована возможность использования в технологических процессах размерной электрической обработки, электротеплового эффекта ВИП-непрерывного оплавления, в целях интенсификации и повышения энергетической эффективности процесса обработки и установлены физические закономерности его протекгния в условиях проведения ОКНО,
установлены основные принципы технического осуществления и физические закономерности технологической реализации качественно нового энергоэффективного способа электрической обработки контактным непрерывным оплавлением,
впервые разработана научно-обоснованная гидродинамическая теория рабочих процессов ОКНО, на основе которой установлены физические закономерности протекания механизма силового взаимодействия системы ОИ-прослойка жидкого металла (ПЖМ)-ОЗ в МЭП, процесса эвакуации продуктов диспергирования из технологической зоны обработки и механизмы формирования микрогеометрии обрабатываемой поверхности, образуемой ОКНО,
разработаны обобщенные физико-математические модели механизмов теплового и силового взаимодействия в технологической зоне обработки и процессов эвакуации продуктов диспергирования из МЭП и получены аналитические зависимости, адекватно отражающие качественные и количественные характеристики рабочих процессов в широком диапазоне режимов обработки в их взаимосвязи с теплофизическими свойствами материалов ОИ и ОЗ, условиями 2
теплового состояния ОИ и с конструктивно-технологическими и энергетическими параметрами процесса обработки
Методы исследования. Теоретические исследования процесса ОКНО выполнены с использованием фундаментальных положений гидродинамики и теории пограничного слоя, теплопроводности и теплопередачи, теории сварочных процессов и теории регулярного теплового режима нагрева Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и промышленных условиях на созданных опытно-промышленных моделях технологического оборудования, реализующих процессы ОКНО на операциях разделительной резки различных материалов в широком диапазоне условий обработки
Достоверность результатов. Достоверность полученных в диссертационной работе результатов обоснована соответствующими доказательствами, базирующимися на фундаментальных физических законах, подтверждена хорошим совпадением результатов расчетных значений технологических и энергетических параметров процесса ОКНО с экспериментальными данными, а также положительным опытом промышленного внедрения созданных опытно-промышленных моделей режущих установок (РУ), реализующих процессы ОКНО
Практическая ценность работы. Разработанные автором апробированные расчетно-аналитические методы проектирования технологии ОКНО, обеспечивающие рациональные параметры обработки в широком диапазоне режимов резания, и методики расчета и проектирования основных элементов технологического оборудования, реализующих процессы ОКНО, создают широкие возможности их использования для эффективной и производительной обработки вязких конструкционных материалов и высокопрочных сталей и сплавов, труднообрабатываемых традиционными способами резания (лезвийная, абразивная, огневая и т д )
Результаты работы использованы в заготовительных производствах ряда предприятий на операциях мерной резки заготовок из различных материалов, в частности ОАО «РИАТ» г Набережные Челны, ОАО A3 «УРАЛ» г Миасс, Станкостроительный завод ОАО ПО «ЕлАЗ» г Елабуга, ОАО «КамПРЗ» г Набережные Челны, ОАО «Агромаш Холдинг» г Москва
Отмечается среднее повышение производительности на 28 35 процентов, при снижении энергоемкости процесса резания на 32 48 процентов
Практическая ценность и новизна подтверждается также тем, что разработанные конструкции опытно-промышленной модели РУ и передаточные механизмы приводов, осуществляющих основные формообразующие движения ОИ, защищены авторскими свидетельствами и патентом РФ
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных конференциях «Наукоемкие технологии размерной обработки в производстве деталей машин» (г Москва, 1992 г), «Научный потенциал Вузов — программе конверсия» (г Казань, 1993 г), «Механика машиностроения» (г Набережные Челны, 1995, 1996 гт ) В полном объеме работа была заслушена на выездном заседании головного совета «Машиностроение» Министерства образования Российской Федерации (г Набережные Челны, 2001, г), на научном техническом совете Камского политехнического института (г Набережные
Челны, 2006г), на кафедре «Производство машин и механизмов» Ижевского государственного технического университета (г. Ижевск, 2006г) и на 3 международной научно-практической конференции ИПМ УрО РАН по проблемам механики и материаловедения (г Ижевск, 2006г )
Публикации. Основной материал диссертации опубликован в 17 работах среди которых 1 монография, 2 авторских свидетельства и патент РФ на изобретения
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и двух приложений.
Работа изложена на 241 страницах машинописного текста, включает 54 рис , 4 таблицы и список использованной литературы из 187 наименований
