автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Разработка и исследование высокоэффективного способа шлифования сложнопрофильных поверхностей

На правах рукописи

СУРКОВ Александр Николаевич

Разработка и исследование высокоэффективного способа шлифования сложнопрофильных поверхностей

Специальность 05.02.08 Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара-2004

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Самарского государственного технического университета

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор ФИЛИН А.Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КИСЕЛЕВ Е.С., кандидат технических наук, доцент СКУРАТОВ Д. Л.

Ведущая организация:

ОАО «Самарский подшипниковый завод»

Защита состоится 29 июня 2004 г. в 12.00 час на заседании диссертационного совета Д212.217.02 в Самарском государственном техническом университете по адресу: г.Самара, ул. Галактионовская, 141, корпус №6, аудитория 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета.

Автореферат разослан: 2004 г.

Просим Вас принять участие в обсуждении работы и направить отзыв, заверенный печатью, по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Самарский государственный технический университет, главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета Д212.217.02.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Ф. ДЕНИСЕНКО

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Детали с различными видами сложнопрофильных поверхностей входят в узлы и механизмы многих современных машин и приборов. В удовлетворении непрерывно возрастающих требований таких деталей наиболее ответственными параметрами являются точность формы профиля и качество поверхностного слоя. Важная роль в формировании данных параметров принадлежит профильному врезному шлифованию. Этот метод характеризуется простотой формообразующих движений круга и заготовки и большим количеством зерен, одновременно участвующих в съеме металла, что обеспечивает высокую производительность. Однако по своей сущности он имеет принципиальные недостатки - не обеспечивает требуемую точность формы профиля и стабильное качество сложнопрофильных поверхностей, так как условия взаимодействия поверхностей круга и детали в каждом из их поперечных сечений различны. Это приводит к неравномерности радиального износа рабочего фасонного профиля шлифовального круга, а, следовательно, к искажению формы профиля обрабатываемой поверхности и снижению качества сложнопрофильной поверхности в наиболее теплонапряженной зоне контакта круга и детали.

Цель работы. Настоящая работа направлена на повышение точности формы сложнопрофильных поверхностей с учетом заданного уровня понижения температуры при обработке путем совершенствования способа врезного шлифования и разработки практических рекомендаций для внедрения в производство.

Научная новизна.

1. Впервые на основе раскрытия взаимосвязей технологических факторов процесса врезного шлифования, теплофизических свойств материала обрабатываемых деталей, геометрических и размерных параметров прерывистых кругов, обеспечивающих синхронный радиальный износ рабочих фасонных профилей абразивных инструментов, предложена модель, одновременно учитывающая точность формы и качество сложнопрофильных поверхностей деталей машин.

2. Разработана методика проектирования прерывистых шлифовальных кругов с учетом равномерного износа их рабочих профилей и обеспечения заданного уровня понижения температуры в зоне обработки.

3. Выявлен совокупный показатель, который открывает возможность управлять формой и качеством сложнопрофильных поверхностей при врезном шлифовании.

4. На основе анализа формирования профиля сложнофасонных поверхностей при врезном шлифовании разработана технология изготовления прерывистых кругов, позволивших реализовать усовершенств обеспечивающий требуемую точность и качестр поверхностей деталей.

БИЪЛИОГСНА 1

СПетер6я»г > _ Д

оэ ОТО %НЗ*> »

Практическая ценность работы.

1. Разработана технология шлифования сложнопрофильных поверхностей широкого круга деталей прерывистыми кругами, существенно повышающая точность и качество.

2. Разработаны конструкции и технология изготовления прерывистых кругов, обеспечивающих при врезном шлифовании требуемую точность и качество сложнопрофильных поверхностей с высокой степенью стабилизации указанных характеристик у всех деталей, обработанных за полный период шлифования вплоть до полного износа каждого круга.

3. Результаты экспериментальных исследований процесса врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей прерывистыми кругами новой конструкции.

4. Результаты внедрения новой технологии врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей и опытно-промышленных испытаний буровых долот, опоры которых обработаны прерывистыми кругами.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы научно-технического обеспечения нефтеперерабатывающего и нефтехимического комплекса», г.Уфа, 1999г.; Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и пути совершенствования техники и технологии строительства скважин», г.Сургут, 2002г.; Международной научно-технической конференции «Сервис и оборудование для нефтегазовой промышленности России», г.Москва, 2003г.; Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин», г.Самара, 2003г.; научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века», г.Пенза, 2004г. В полном объеме диссертационная работа обсуждена и одобрена на объединенном заседании кафедр «Технология машиностроения», «Автоматизация технологических процессов в машиностроении», «Автоматизированные станочные комплексы», «Инструментальные системы автоматизированного производства» Самарского государственного технического университета, 2004г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных

работ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 172 страницах машинописного текста, иллюстрирована 56 рисунками и 20 таблицами. Она состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы из 113 наименований и 5 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель, задачи исследований, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе на основании работ Демина Ф.И., Ефимова В.В., Киселева Е.С., Королева А.В., Корчака С.Н., Мартынова А.Н., Маслова Е.Н., Носова Н.В., Полянского Ю.В., Рахчеева В.Г., Сальникова А.Н., Сипайлова В.А., Филина А.Н., Худобина Л.В., Штрикова Б.Л., Якимова А.В., Ящерицына П.И., Пекленика, Оритца и др. проанализирована роль различных технологических факторов процесса шлифования в формировании параметров качества и точности обрабатываемых поверхностей. Дан анализ современных исследований в области совершенствования технологии врезного шлифования.

Из выполненных работ Якимова А.В., Сипайлова В.А., Слободняка П.Т. и др. следует, что качественные характеристики шлифуемых поверхностей детали во многом зависят от теплосиловой напряженности в контактных зонах шлифования. Температуру в зоне шлифования можно существенно понизить, если шлифование производить с определенным интервалом, причем продолжительность резания между этими интервалами сделать меньше времени теплового насыщения металла и за время разрыва процесса охладить поверхность детали. Такой процесс осуществляется кругами, имеющими на рабочей поверхности ряд чередующихся выступов и впадин определенной протяженности. Результаты этих исследований позволяют целенаправленно формировать параметры прерывистых кругов, обеспечивающих заданный уровень понижения температуры в контактной зоне шлифования. Однако известные технологии шлифования с применением прерывистых кругов не решают важнейшую задачу, связанную с обеспечением высокой точности формы сложнопрофильных поверхностей при врезном шлифовании, характеризующемся различными условиями взаимодействия поверхностей круга и детали в каждом отдельном их поперечном сечении.

Исследованиями Филина А.И. и Рахчеева В.Г. показано, что синхронизация радиального износа рабочего фасонного профиля прерывистого круга достигается при условии, согласно которому отношение суммарной длины режущих выступов к длине взаимодействующей с ней обрабатываемой поверхности в каждом поперечном сечении круга и детали обеспечивается постоянным, и оно сохраняется на протяжении всего процесса шлифования. Такое условие приводит к тому, что с уменьшением диаметра круга, связанного с его эксплуатационным износом, уменьшается длина впадин, и при предельно изношенном диаметре она в отдельных поперечных сечениях становится равной нулю. Следовательно, по мере износа круга теплонапряженность обрабатываемой поверхности детали возрастает, и по окончанию шлифования в отдельных поперечных сечениях теплонапряженность будет такой же, что и при

шлифовании кругом со сплошной рабочей поверхностью.

Таким образом, в процессе врезного шлифования необходимо учитывать температуру в зоне контакта круга и детали и точность формы сложнопрофильных поверхностей, что в настоящее время недостаточно изучено.

Исходя из цели, приведенной выше, в заключении первой главы поставлены следующие основные задачи диссертационной работы:

1. Теоретически и экспериментально исследовать технологические особенности формирования точностных и качественных характеристик сложнопрофильных поверхностей при врезном шлифовании.

2. Выявить наиболее теплонапряженные участки сложнопрофильных поверхностей при врезном шлифовании.

3. Выявить и установить влияние параметров прерывистых кругов, технологических факторов процесса шлифования и теплофизических свойств материала обрабатываемых деталей на точность и качество сложнопрофильных поверхностей при врезном шлифовании.

4. Исследовать механизм формирования профиля сложнофасонных поверхностей в процессе врезного шлифования и на этой основе выявить совокупный показатель оценки точности их формы.

5. Разработать методику проектирования оптимальных конструкций прерывистых кругов и технологию их изготовления с возможностью применения этой методики для изготовления кругов, используемых при врезном шлифовании сложнопрофильных поверхностей широкого круга деталей.

6. Провести экспериментальные исследования и опытно-промышленную проверку разработанного процесса врезного шлифования прерывистыми кругами опорных поверхностей лап и шарошек буровых долот, как наиболее характерных представителей деталей с фасонно-ступенчатыми поверхностями.

7. Разработать научно-обоснованные рекомендации для промышленного использования нового способа шлифования сложнопрофильных поверхностей деталей, определить области рационального использования и выполнить его технико-экономическую оценку.

Во второй главе выполнен теоретический анализ формирования качественных и точностных характеристик сложнопрофильных поверхностей при врезном шлифовании. Рассматриваемый процесс, вследствие большой площади взаимодействия рабочего профиля круга с поверхностью заготовки, характеризуется интенсивным и неравномерным по зоне контакта тепловыделением. Повышенная температура взоне контакта

порождает образование микротрещин, прижогов и других дефектов на обрабатываемых поверхностях. Поэтому первоочередной задачей одновременного обеспечения заданного уровня понижения температуры и высокой точности формы сложнопрофильных поверхностей является выявление такого участка (сечения) из всего множества поперечных сечений взаимодействующих поверхностей круга и заготовки. Установлено, что наиболее теплонапряженной зоной врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей является сечение, в котором минимальный диаметр круга взаимодействует с максимальным диаметром детали, что также подтверждено Ковальноговым В.Н. при численном моделировании тепловой напряженности совмещенного двухкругового шлифования ступенчатых валов.

Исследовано влияние технологических факторов процесса врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей на геометрические и размерные параметры прерывистых кругов, понижающих температуру в контактной зоне шлифования и обеспечивающих синхронизацию радиального износа рабочего профиля круга.

В работе показано, что прерывистый круг будет изнашиваться равномерно и сохранять неизменным свой рабочий профиль тогда, когда длина режущих выступов в пределах обрабатываемого контура будет изнашиваться пропорционально съему металла, удаляемого с обрабатываемой поверхности. Это условие выполняется тогда, когда на долю каждого зерна в любом из поперечных сечений круга и детали приходятся одинаковые микрообъемы удаляемого металла.

Достижение поставленной цели одновременного обеспечения требуемой точности формы и качества сложнопрофильных поверхностей сводится к последовательному выполнению следующих этапов по расчету основных показателей прерывистых шлифовальных кругов:

1. Выявлению и обоснованию наиболее теплонапряженной зоны (поперечного сечения) сложнопрофильных поверхностей при врезном шлифовании.

2. Определению необходимого уровня понижения относительной температуры в наиболее теплонапряженной контактной зоне шлифования в зависимости от температуры фазового и структурного превращений материала обрабатываемой детали и его теплофизических свойств.

3. Расчету относительной скорости шлифования (Ц) и температуропроводности обрабатываемого материала (а) (по Якимову А.В.).

4. Обеспечению условия пропорциональности объема снимаемого металла и длин режущих выступов прерывистых кругов в каждом поперечном сечении взаимодействующих сложнопрофильных поверхностей круга и детали:

д.9 =

я

- сопи (I)

и условия синхронизации радиального износа рабочего профиля прерывистого круга при врезном шлифовании сложнопрофильных поверхностей:

¿/1(|-1)//.(1-])=|;/|(2-2)//д(2-2)= = £/,(л-л)//>-Л) = а™< (2)

где: Z - удаляемый припуск, мм; /3 - шаг между зернами на рабочей поверхности круга, мм; - суммы длин

режущих выступов прерывистых кругов в соответствующих поперечных сечениях, мм; - длины шлифуемой

сложнопрофильной поверхности в соответствующих ее поперечных сечениях, мм.

5. Определению геометрических и размерных параметров прерывистых кругов с учетом уровня снижения температуры в зоне обработки и синхронизацию износа рабочего профиля круга.

6. Разработке конструкций и технологии изготовления прерывистых кругов, одновременно обеспечивающих заданный уровень понижения контактной температуры в наиболее теплонапряженной зоне обработки и синхронизацию износа их рабочих профилей.

На основе приведенных последовательно выполняемых технологических этапов и схемы совмещенного торцекруглого шлифования (рис. 1) в таблице 1 указаны параметры прерывистых кругов, обеспечивающих синхронный радиальный износ рабочего профиля круга и заданную степень понижения температуры в наиболее теплонапряженной контактной зоне обработки при шлифовании поверхностей детали с различными теплофизическими свойствами.

Рис. 1. Совмещенное торцекруглое шлифование

Таблица 1

Параметры прерывистых кругов, обеспечивающих одинаковые микрообъемы снимаемого металла единичным зерном в каждом поперечном сечении круга и детали и снижение температуры в наиболее теплонапряженном сечении на 30% при совмещенном торцекруглом

шлифовании детали с различными теплофизическими свойствами Шлифование стали 14ХНЗМА (а~ 3' 10* м2/с)

Сечения й, (/,), и м D« (/«), мм Длины режущих выступов, мм N /i, мм N/i II, li, мм N/|, мм v - Ы1, Микрообъем металла--Ди, Ю-4 мм'/ 1зегно

Расчетные формулы Численные значения Численные значения

1-1 (наиболее теплоналря-женное) 74 (232,36) 350 (1099) /1- h'ua*Foi/a ™ -(7510-')!-45-2-•10",/310-6-15 15 705 3,03 8,25 387,75 0,55 47 82

325 (1020,5) N/,(1-1)-*D«/l+v 14 658 2,83 7,70 362,50 0.55 47 88

300 (942) 12,93 607,74 2,61 7.11 334,25 0,55 47 95

2-2 56 (175,84) 380(1193,2] ■=N/,(2-2V^2-2)= ... - N/iin-nyyn-n)-- const N/,(i-i)-N/,(l-l)Wi-i) /д(1-1) 11,35 533,5 3,03 14,00 659,17 1.23 47 82

355 (1114,7) 10,59 497,94 2,83 13,12 616,76 1,24 47 88

330 (1036,2) 9,78 459,91 2,61 12,26 576,29 1,25 47 95

3-3 32 (100,48) 330 (1036.2) 6,48 304,86 3,03 15,56 731,34 2,40 47 82

305 (957,7) 6,05 284,54 2,83 14,32 673,16 2.36 47 88

280 (879,2) 5.58 262,48 2,61 13,11 616,30 2,35 47 95

4-4 32 (100,48) 265 (832.1) 6,48 304,86 3,03 11,12 527,24 1.72 47 82

240 (753,6) 6,05 284,54 2,83 9,98 469,10 1,64 47 88

215 (675.1) 5,58 262.48 2,61 8.78 412,62 1,57 ' 47 95

Шлифование твердого сплава Stellite 190W (а = 1,3 • 104 Л?/с)

В наиболее теплонапряженном сечении (1-1): /i = 34,60 мм; i2 = 24,22 мм; v(/2//,) = 0,7.

Отношения параметров прерывистых кругов при шлифовании материалов с различными теплофизическими свойствами:

Stellite 190W (а = 1,3 • 10"7 м2/с) и 14ХНЗМА (а = 3 ■ 10"6 м2/с)

составляют:

/, {SíellUe 190W) 34,60 _ 2 3 ■ ¡¿Stellite 190^) 24,22 .

/,(14XH3MÁ) 15 ' ' 12(\4ХНЗШ) 8,25 " '

vjlJlXStellite 190Ж) = 0,7 ^} ^

Анализ полученных результатов показывает, что в сечении 1-1, характеризующемся максимальным теплонапряженным состоянием, отношение длин впадин и режущих выступов (/2 / 1\) при изменении диаметра круга от 350 до 300 мм составляет 0,55, что с учетом теплофизических свойств металла (14ХНЗМА) обрабатываемой детали и режимов шлифования соответствует понижению контактной температуры на 30%, и это отношение сохраняется на протяжении всего эксплуатационного периода шлифовального круга от исходного до предельно изношенного.

В сечении 2-2 отношение длин впадин и режущих выступов при изменении диаметра круга от 380 до 330 мм колеблется от 1,23 до 1,25, т.е. в 2,24 и 2,27 раза больше, чем в наиболее теплонапряженном сечении 1-1. В результате температура в сечении 2-2 будет понижена больше, чем на 30%.

Аналогичное понижение контактной температуры наблюдается и во всех остальных поперечных сечениях круга и детали. Так, в сечении 3-3 отношение длин впадин и режущих выступов прерывистого круга при изменении диаметра от 330 до 280 мм колеблется от 2,35 до 240, т.е. в 4,27 и 4,36 раза больше, чем в сечении 1-1.

В сечении 4-4 при изменении диаметра круга от 265 до 215 отношение длин впадин и режущих выступов составляет 1,57 - 1,72, что в 2,85 - 3,12 раза больше, чем в сечении 1-1. За счет такого понижения температуры следует ожидать существенного повышения качества поверхностей при торцекруглом шлифовании.

С уменьшением диаметра круга, связанного с его эксплуатационным износом, микрообъем металла, снимаемого каждым абразивным зерном в различных сечениях круга, возрастает от 0,082 до 0,095 мм3/1 зерно, но при каждом фиксируемом диаметре круга (в любой момент времени в процессе его эксплуатации) величина износа во всех поперечных сечениях круга и детали одинакова. Следовательно, синхронизация радиального износа рабочего профиля круга сохраняется на протяжении всего периода шлифования. Точность формы сложнопрофильных поверхностей будет одинаково высокой у всех деталей, прошлифованных прерывистым кругом в диапазоне его полного износа.

Анализ полученных результатов показывает, что при обеспечении заданного уровня понижения температуры в контактной зоне шлифования понижение коэффициента температуропроводности материала шлифуемой детали приводит к увеличению длин впадин (/2) и отношений длин впадин и режущих выступов {1г11\) прерывистых кругов. Так, при снижении температуры в наиболее теплонапряженном поперечном сечении (1-1) на 30% при торцекруглом шлифовании твердого сплава «SteШte 190W» длина впадин 12 и отношение длин впадин и режущих выступов (/2//1) прерывистых кругов должны быть в 2,94 и 1,27 раза больше, чем при шлифовании стали 14ХНЗМА.

В различных отраслях промышленности находят широкое применение детали с высокоточными фасонно-ступенчатыми поверхностями, характерными представителями которых являются буровые шарошечные долота. Схема врезного шлифования фасонно-ступенчатых поверхностей лап буровых долот приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема врезного шлифования фасонно-ступенчатых поверхностей лап буровых долот прерывистыми кругами

В таблице 2 приведены параметры (длины режущих выступов l^ и впадин /2) прерывистого круга, обеспечивающего понижение температуры в наиболее теплонапряженном сечении (сечение 1-1) на 40% (/2 / ^ = 0,78) и удаление одинаковых микрообъемов металла в различных сечениях лапы долота при каждом фиксируемом диаметре шлифовального круга в диапазоне его полного износа.

Таблица 2

Параметры прерывистых кругов, обеспечивающих понижение температуры на 40% ( Ь/^ = 0,78) и одинаковый микрообъем снимаемого металла одним абразивным зерном в различных сечениях круга и детали при врезном шлифовании опорных поверхностей лап буровых шарошечных долот

Сечения мм Ок(Ьк), мм Е/н мм Е/2, мм 1/2 / £/, Микрообъем металла -- Ди, 10"4 мм*/1 зерно

1-1 (наиболее тепло-напряженное) 50 (157) 500 (1570) 882,02 687,78 0,78 43

425 (1334,5) 749,717 584,781 0,78 52

350 (1099) 617,415 481,585 0,78 62

2-2 45 (141,3) 505 (1585,7) 793,817 791,883 0,997 43

430 (1350,2) 674,745 674,445 1,001 52

355 (1114,7) 555,673 559,027 1,006 62

. 3-3 40 (125,6) 510 (1601,4) 705,615 895,785 1,26 43

435 (1365,9) 599,773 766,127 1,277 52

360 (1130,4) 493,932 636,468 1,288 62

Из анализа результатов таблицы 2 следует, что в наиболее теплонапряженном сечении 1-1 отношение длин впадин и режущих выступов (/2 / /]) при изменении диаметра круга от 500 до 350 мм составляет 0,78, и сохраняется это отношение на протяжении всего эксплуатационного периода шлифовального круга от исходного до предельно изношенного.

В сечении 2-2 отношение длин впадин и режущих выступов при изменении диаметра от 505 до 355 мм колеблется от 0,997 до 1,006, т.е. в 1,28 и 1,29 раза больше, чем в сечении 1-1. В результате температура в сечении 2-2 будет понижена больше, чем на 40% (1г11\= 0,78).

Аналогичное понижение контактной температуры наблюдается и в сечении 3-3.

С уменьшением диаметра круга, связанного с его износом, микрообъем металла, снимаемого одним абразивным зерном в различных сечениях круга и детали возрастает от 0,0043 до 0,0062 мм3/1 зерно, но при каждом фиксируемом диаметре эта величина во всех сечениях остается неизменной. Следовательно, синхронизация радиального износа рабочего профиля круга сохраняется на протяжении всего периода шлифования.

В третьей главе приводится методика проведения экспериментальных исследований. Объектом исследований служили реальные детали (шарошки и лапы долот) и специальные образцы, изготовленные из стали 14ХНЗМЛ и подвергнутые химико-термической обработке. Твердость поверхности беговых дорожек ИЯС - 57...60. Глубина цементируемого слоя 1,6... 1,9 мм.

Прерывистые круги изготовляли по традиционной технологии. Они испытывались на разрыв в соответствии с требованиями ГОСТа. Сравнительные испытания показали, что они имеют достаточный запас прочности и вполне безопасны в работе. Условия эксплуатации ничем не отличаются от обычных. Перед установкой на шпиндель шлифовального станка круги подвергались статической или динамической балансировке. В процессе шлифования и правки алмазно-металлическим роликом не наблюдается поломок и скалывания режущих выступов.

Для измерения наиболее важных точностных параметров опорных фасонно-ступенчатых поверхностей деталей долот изготовлены специальные устройства: устройство для измерения перепадов диаметров беговых дорожек лап и шарошек долот; устройство для контроля отклонений профиля детали от крутости; устройство для измерения радиуса беговой дорожки цапфы лапы долота и устройство для измерения отклонений от соосности ступенчатых поверхностей.

Замер шероховатости осуществлялся на микроскопе МИС-11 и профилометре-профилографе модели 201. Поверхностная микротвердость измерялась на приборе ПМТ-3. Контроль на прижоги и микротрещины осуществлялся методом травления и магнитоскопии.

Шлифование опор лап и шарошек долот базовым и новым способами осуществлялось на действующем оборудовании ОАО «Волгабурмаш». Режимы шлифования, правки кругов, состав и подача СОЖ в зону резания назначались в соответствии с техническими требованиями при обработке конкретного типа долота.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям технологии врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей. Оценка эффективности производилась путем сопоставления основных показателей по точности и качеству обрабатываемых поверхностей, достигаемых при базовой и новой технологиях.

Объектом исследований служили шарошки и лапы буровых долот, а также специальные образцы, имитирующие как отдельные шариковые подшипники, так и блоки из шарикового и роликового подшипников.

Результаты рассеяния перепадов диаметров шариковой и малой роликовой беговых дорожек лап буровых долот приведены на рис. 3.

Приведенные результаты показывают, что диапазон рассеяния перепадов диаметров труднодоступных опорных поверхностей цапф

лап долот, обработанных базовым способом шлифования, составляет 0,06 мм (значение Н| изменяется от 11,40 до 11,46 мм). Среднее квадратичное отклонение при базовом способе - Об =0,0118 мм. При новом способе шлифования перепад диаметров составляет 0,04 мм (значение изменяется от 11,42 до 11,46 мм), а Он = 0,0081. Новый способ шлифования снижает рассеяние перепада смежных диаметров в 1,5 раза и среднее квадратичное отклонение в 1,33 раза. Аналогичные результаты получены и при шлифовании внутренних фасонно-ступенчатых поверхностей.

Результаты влияния способов шлифования на отклонения формы профиля тороидальных поверхностей исследуемых образцов приведены на рис. 4.

Шлифование производилось в последовательности, соответствующей порядковому номеру. Правка кругов при базовом и новом способах шлифования производилась перед обработкой колец с первым порядковым номером каждой партии, состоящей из 25 образцов.

Полученные результаты показывают, что величина последовательного накопления отклонений формы . тороидальной поверхности при шлифовании базовым способом за принятый период между правками круга колеблется от 2,05 до 7 мкм, при новом способе - от 1,37 до

рассеяния перепадов

диаметров шариковой и малой роликовой беговых дорожек лап буровых долот при базовом (б) и новом (н) способах шлифования

Рис. 3. Результаты

Я» ЯЧЛ" л«, м» я« Д

2,2 мкм Непрерывно возрастающие погрешности формы профиля поверхности при обработке базовым способом обусловлены последовательным накоплением искажений формы профиля рабочей поверхности шлифовального круга после каждой обработанной детали. Это является следствием неодинаковых условий съема металла в различных поперечных сечениях взаимодействующих поверхностей круга и детали, приводящих к неравномерности радиального износа рабочего профиля круга при врезном шлифовании фасонных поверхностей.

Совершенно иной характер образования отклонений от правильной формы профиля образцов наблюдается при новом способе шлифования.

Рис. 4. Влияние базового (б) и нового (н) способов шлифования на точность формы образцов шариковой беговой

дорожки лапы долота

Особенностью образования отклонений от правильной геометрической формы шлифуемого профиля является относительно высокая стабильность данного параметра у всех деталей, обработанных за время полного периода стойкости шлифовального круга. Так, первые 10 образцов, обработанных после правки круга, находятся в интервале отклонений от 1,37 до 1,66 мкм.

При дальнейшем шлифовании, хотя и наблюдается незначительный рост отклонений (максимальное отклонение соответствует 25-му последовательно обработанному образцу), диапазон изменения данного параметра у всех образцов, обработанных за полный период стойкости шлифовального круга, составляет 0,83 мкм вместо 4,95 мкм при базовом способе. Среднее вероятностное отклонение формы профиля тороидальной поверхности при новом способе шлифования составляет 1,74 мкм, а при базовом - 4,02 мкм, т.е. новый способ обработки снижает среднюю вероятностную величину отклонений в 2,31 раза.

Результаты исследований показывают, что отклонение формы профиля поверхностей образцов, обработанных базовым способом непосредственно после правки круга (с первым порядковым номером) составляет в среднем 2,05 мкм, а при новом - 1,37 мкм. Большее значение (в 1,42 раза) погрешности

при базовом способе обусловлено относительной неравномерностью радиального износа шлифовального круга в различных его поперечных сечениях при шлифовании одного образца.

Новый способ врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей показал высокую эффективность в повышении других показателей точности и качества обрабатываемых поверхностей.

Относительно базового способа он обеспечивает повышение точности перепадов диаметров внутренних ступенчатых поверхностей в 2,06 раза; снижение рассеяния диаметров тороидальных поверхностей на 31,81%.

Результаты влияния базового и нового способов шлифования на шероховатость поверхности образцов, обработаных в последовательности их порядковым номерам, приведены на рис. 5, а на поверхностную микротвердость - на рис. 6.

Рис. 5. Влияние способов шлифования на шероховатость

поверхности

Рис. 6. Влияние способов шлифования на поверхностную микротвердость

Полученные результаты показывают, что при обработке партии из 25-ти деталей, характеризующих период стойкости шлифовального круга, шероховатость поверхности при базовом способе шлифования изменяется от 11« = 0,141 мкм до Л, = 0,31 мкм, т.е. колебание шероховатости составляет 0,169 мкм. При новом способе - от Я, =0,215 мкм до Я, = 295 мкм (изменение шероховатости составляет 0,08 мкм). Первые 8 образцов, обработанных после правки шлифовального круга, при новом и базовом способах шлифования имеют практически одинаковую шероховатость. Однако у последующих обработанных деталей характер изменения шероховатости поверхности различен. Если у образцов, обработанных базовым способом, шероховатость поверхности снижается интенсивно, изменяясь при этом на величину 0,134 мкм (от = 0,275 мкм до = 0,141 мкм), то у образцов, поверхности которых обработаны новым способом шлифования, снижение шероховатости составляет всего лишь 0,06 мкм (от Я, = 0,275 мкм до Я, = 0,215 мкм). Следовательно, новый способ шлифования, хотя и обеспечивает несколько большую абсолютную величину шероховатости в диапазоне от 8-го до 25-ю последовательно обработанного образца, значительно снижает рассеяние шероховатости поверхности (колебание шероховатости снижается в 2,23 раза), обеспечивая, тем самым, высокую стабильность исследуемого параметра качества поверхности и всех деталей в партии.

Изменение высоты шероховатости при шлифовании сопутствует целый ряд факторов. Одним из таких факторов является повышение температуры в зоне резания по мере увеличения количества обработанных деталей, обусловленное потерей высоких режущих свойств шлифовального круга из-за непрерывного накапливания металлической стружки на его рабочей поверхности. Вследствие этого при шлифовании прерывистыми кругами высота шероховатости формируется, по мнению проф. А.В. Якимова, режущим контуром, а при обычном шлифовании определенное влияние оказывает размазывание размягченного металла.

Результаты исследований поверхностной микротвердости образцов, прошлифованных базовым и новым способом, показывают, что микротвердость поверхности, обработанной как базовым, так и новым способом шлифования, относительно исходной микротвердости снижается. Однако степень ее снижения у образцов, обработанных различными способами, различна.

Если у колец, обработанных новым способом, микротвердость поверхности у всех деталей, прошлифованных за полный период стойкости круга, исчисляемой 25-ю прошлифованными деталями, снижается на 90... 100 МПа, то у деталей, обработанных базовым способом, микротвердость снижается у первых 10-ти деталей на 180... 190 МПа, а у последующих -260...370 МПа, хотя шероховатость поверхности у этих деталей меньше. Именно у этих деталей (с минимальной шероховатостью) самая низкая

микротвердость, и она на 170 - 270 МПа ниже, чем у деталей обработанных новым методом врезного шлифования.

В пятой главе приведены данные опытно-промышленной проверки нового способа врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей, стендовые и нефтепромысловые испытания буровых шарошечных долот.

Шлифованию подвергались опорные поверхности лап и шарошек основных типов долот номенклатуры данного предприятия. Режим шлифования, характеристики кругов и другие параметры процесса шлифования назначались в соответствии с техническими условиями на обработку конкретных типов буровых шарошечных долот.

Стендовые испытания опытных и серийных долот проводились в научно-исследовательской лаборатории ОАО «Волгабурмаш» на стенде 7871-4002. Режим испытаний: нагрузка радиальная - (6 — 8)-10"3 Н; частота вращения - 680 об/мин; охлаждающая жидкость - масло И - 20. После окончания стендовых испытаний долота разбирались и подвергались визуальному осмотру и замерам степени износа опор лап долот.

Нефтепромысловые испытания опытных и серийных долот проводились на Рославльском месторождении турбинным способом бурения турбобуром ЗТСШ-195. Опытные долота 215,9 МЗ-ГВ R-155 отличались от базовых долот того же типа тем, что цапфы лапы у опытных долот прошлифованы по новой технологии с применением прерывистых кругов.

Результаты опытно-промышленной проверки нового способа врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей находятся в полном соответствии с данными теоретического и экспериментального исследований.

Относительно базового он снижает среднее квадратичное отклонение перепадов диаметров наружных и внутренних фасонно-ступенчатых поверхностей на 45,97% и 35,25% соответственно и повышает поверхностную микротвердость при правке круга перед каждой шлифуемой деталью на 90 - 270 МПа.

Результаты стендовых испытаний буровых шарошечных долот типа 215,9МЗ-ГВ R-155 относительно серийных долот снижают износ беговых дорожек лап: малой роликовой - на 20,75%; шариковой - на 16,78% и большой роликовой - на 13,59%.

При нефтепромысловых испытаниях средние показатели работы опытных долот по сравнению с серийными долотами выше по проходке и стойкости на 10% и 9% соответственно.

Высокие технические и экономические результаты, полученные в реальных производственных условиях изготовления и эксплуатации изделий, свидетельствуют о высокоэффективном, разработанном автором, подходе к решению актуальной задачи одновременного повышения

точности формы и качества сложнопрофильных поверхностей при врезном шлифовании.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В результате комплексных теоретико-экспериментальных исследований и опытно-промышленной проверки решена актуальная задача, заключающаяся в раскрытии взаимосвязей размерных и геометрических параметров прерывистых кругов, режимов обработки и теплофизических свойств материала обрабатываемых деталей, одновременно обеспечивающих при врезном шлифовании сложнопрофильных поверхностей высокую точность формы профиля и качество поверхностей.

2. Предложена обобщенная методика по обеспечению заданного уровня, понижения температуры в наиболее теплонапряженной зоне контакта круга и детали равномерного износа рабочих профилей прерывистых кругов при врезном шлифовании сложнопрофильных поверхностей.

3. Выявлен и обоснован обобщенный показатель оценки точности формы сложнопрофильных поверхностей при врезном шлифовании, основанный на пропорциональности длин режущих выступов прерывистых кругов и объема снимаемого металла и обеспечивающий синхронный износ рабочий профиль абразивного инструмента и, тем самым, высокую точность формы сложнопрофильных поверхностей.

4. Разработана методика расчета размерных и геометрических параметров прерывистых кругов, обеспечивающих при врезном шлифовании сложнопрофильных поверхностей равномерный радиальный износ их рабочих профилей в каждом из поперечных сечений фасонного абразивного инструмента и заданный уровень понижения температуры в контактной зоне шлифования при высокой стабильности указанных показателей у всех деталей, обработанных за полный период шлифования вплоть до полного износа круга.

5. Новый способ врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей относительно базового обеспечивает: снижение рассеяния перепадов диаметров наружных фасонно-ступенчатых поверхностей в 1,5 раза и среднее квадратичное отклонение этого точностного параметра в 1,33 раза; при шлифовании внутренних фасонно-ступенчатых поверхностей указанные показатели соответственно составляют 1,5 и 1,56; повышение точности формы профиля тороидальных поверхностей в 1,42 раза; повышение поверхностной микротвердости на 90 - 270 МПа.

6. Результаты стендовых испытаний буровых шарошечных долот показали, что у опытных долот от 215,9МЗ-ГВ Я-155 относительно серийных снижается износ беговых дорожек лап: малой роликовой - на 21%; шариковой -на 17% и большой роликовой - на 14%.

При нефтепромысловых испытаниях средние показатели работы опытных долот по сравнению с серийными долотами выше по проходке и стойкости на 10% и 9% соответственно.

Полученные результаты по своим технологическим возможностям могут быть использованы во многих отраслях промышленности, изготавливающих детали с высокоточными сложнопрофильными поверхностями.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Баскин Л.Х., Богомолов P.M., Никитин В.Д., Сурков А.Н., Татаринцев В.И., Гомжин М.Г. Стандарт предприятия-СПТ 1401-269-95. Система качества. Оценка технического уровня и качества буровых шарошечных долот. - Самара: ОАО «Волгабурмаш», 1995, с. 5.

2. Сурков А.Н. Новые конструкторские и технологические решения, применяемые при изготовлении буровых долот ОАО «Волгабурмаш» на примере конструкции долота 215,9 МЗ-ГВУ-К206. Тезисы докладов научно-практической конференции «Проблемы научно-технического обеспечения нефтеперерабатывающего и нефтехимического комплекса». - г.Уфа, 1999, с. 129-131.

3. Сурков А.Н. О новых конструкциях долот ОАО «Волгабурмаш». Тезисы докладов научно-технической конференции «Состояние и пути совершенствования техники ,и технологии строительства скважин на 2002 год». - Сургут, 2002, с. 127 - 132.

4. Сурков А.Н. Задачи и функции ОАО «Волгабурмаш-сервис» по практическому применению современных технологий в российской нефтяной промышленности. Тезисы докладов на Международной конференции «Сервис и оборудование для нефтегазовой промышленности России». - Москва, 2003, с. 159 - 164.

5. Сурков А.Н., Филин А.Н. Высокоэффективная технология шлифования фасонных поверхностей деталей машин. Сборник трудов Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин». -Москва: изд-во Машиностроение, 2003, с. 239 - 243.

6. Баскин Л.Х., Орлов М.В., Сурков А.Н., Горбачев Н.В., Морозов Л.В. Стандарт предприятия - СТП 025749180-247-03. Система качества. Порядок проведения периодических эксплуатационных испытаний серийных шарошечных долот. - Самара: ОАО «Волгабурмаш», 2003, с. 5.

7. Баскин Л.Х., Орлов М.В., Сурков А.Н., Горбачев Н.В., Морозов Л.В. Стандарт предприятия - СТП 025749180-184-03. Система качества. Изучение работы буровых шарошечных долот в эксплуатации. -Самара: ОАО «Волгабурмаш», 2003, с. 9.

8. Сурков А.Н. Высокоэффективное шлифование фасонных поверхностей деталей. Сборник научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века». - Пенза, 2004, с. 63 - 66.

9. Баскин Л.Х., Богомолов P.M., Бурцев А.С., Круглов А.В., Сурков А.Н. Методика испытаний буровых шарошечных долот на стендах лаборатории по исследованиям и испытаниям новой продукции. ПР и 05749180-41-04. -Самара: ОАО «Волгабурмаш», 2004, с. 18.

10. Некрасов И.Н., Сурков А.Н. Новые технологические и конструкторские решения бурового инструмента на ОАО «Волгабурмаш» // Научно-технический вестник «Каротажник». - Тверь, 2004, № 115, с. 63 - 66.

Заказ № ¿У* Тираж 100 экз. Отпечатано на ризографе. Самарский государственный технический университет. Отдел типографии и оперативной полиграфии. 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244.

»10869

Страницы

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Анализ влияния точностных и качественных 11 характеристик фасонных поверхностей деталей на эксплуатационные свойства изделий

1.2. Связь себестоимости и точности изготовления 22 деталей

1.3. Достижение заданной точности и качества 26 обрабатываемых поверхностей различными методами шлифования

1.3.1. Роль прерывистых кругов в обеспечении 26 качественных и точностных характеристик шлифуемых поверхностей деталей

1.3.2. Методы шлифования фасонных поверхностей с 32 различными кинематическими движениями инструмента

1.4. Выводы. Цель и задачи исследования

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОВЫШЕНИЯ

КАЧЕСТВА И ТОЧНОСТИ

СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ВРЕЗНОМ ШЛИФОВ АНИИ

2.1. Анализ повышения качества цилиндрической поверхности

2.2. Анализ повышения точности формы и качества 55 сложнопрофильных поверхностей

2.3. Основные этапы обеспечения заданного уровня 87 понижения относительной температуры в контактной зоне обработки и равномерного радиального износа рабочих профилей прерывистых кругов при врезном шлифовании сложнопрофильных поверхностей

2.4. Выводы

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ

ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Изготовление прерывистых шлифовальных кругов

3.2. Методы и технологические средства контроля 105 отклонений точностных параметров фасонно-ступенчатых поверхностей

3.2.1. Устройство для замеров перепадов диаметров 106 беговых дорожек лап долот

3.2.2. Устройство для замеров перепадов диаметров 108 беговых дорожек шарошек долот

3.2.3. Устройство для контроля отклонений профиля 110 деталей от круглости

3.2.4. Устройство для измерения радиуса шариковой 111 беговой дорожки цапфы лапы долота

3.2.5. Устройство для измерения отклонений от 113 соосности ступенчатых поверхностей

3.3. Выводы

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ 116 НОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВРЕЗНОГО ШЛИФОВАНИЯ СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

4.1. Результаты исследования

4.1.1. По точности обрабатываемых поверхностей

4.1.2. По качеству поверхности

ГЛАВА 5. ОПЫТНО-ПРМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА

РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1. Точность и качество опорных поверхностей лап и шарошек долот

5.2. Стендовые испытания долот

5.3. Нефтепромысловые испытания буровых долот

5.4. Экономическая эффективность от внедрения 134 результатов исследований

5.5. Выводы 138 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 140 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 143 ПРИЛОЖЕНИЯ

Детали с различными видами сложнопрофильных поверхностей входят в узлы и механизмы многих современных машин и приборов. Применение рабочих поверхностей сложного рабочего профиля всегда подчинено определенной цели и является вынужденной необходимостью.

В удовлетворении возрастающих требований к качеству деталей со сложнофасонными поверхностями наиболее ответственными и труднодостижимыми параметрами являются точность формы и качество поверхностного слоя таких поверхностей. Даже незначительное искажение формы профиля поверхностей существенно снижает надежность и долговечность изделий.

Повысить точность формы профиля поверхности труднее, чем размерную точность Задача еще более усложняется при повышении точности профиля фасонных поверхностей, и она переходит в труднорешаемую проблему, когда требуется одновременное обеспечение высокой точности профиля и качества сложнопрофильных поверхностей.

Особое место в обеспечении точности и качества поверхностей деталей принадлежит шлифованию. Оно, являясь основным видом механической обработки в технологии машиностроения, совершило значительный шаг своего развития благодаря научным работам Ф.И.Демина, В.В.Ефимова, Е.С.Киселева, А.В.Королева, С.Н.Корчака, А.Н.Мартынова, Е.Н.Маслова, Н.В.Носова, Ю.В.Полянского, В.Г.Рахчеева, А.Н.Сальникова, ВА.Сипайлова, А.Н.Филина, Л.В.Худобина, Б.Л.Штрикова, А.В.Якимова, П.И.Ящерицына и др.

Основным методом чистовой и финишной обработки сложнопрофильных поверхностей является профильное врезное шлифование. Этот метод характеризуется простотой формообразующих движений круга и детали и большим количеством зерен, одновременно участвующих в съеме металла, что позволяет иметь высокую производительность. Однако по своей сущности он имеет принципиальные недостатки: не обеспечивает высокую точность формы профиля, высокое и стабильное качество поверхностного слоя сложнопрофильных поверхностей, так как условия взаимодействия поверхностей круга и детали в каждом из их поперечных сечений различны. Это приводит к неравномерности радиального износа рабочего фасонного профиля шлифовального круга, а, следовательно, и к искажению формы сложнофасонного профиля обрабатываемой поверхности. Относительно низкое качество сложнопрофильной поверхности соответствует сечению, расположенному в наиболее теплонапряженной зоне контакта круга и детали.

Тема диссертации, направленная на повышение точности формы сложнопрофильных поверхностей и обеспечение заданного уровня понижения температуры в контактной зоне обработки, обуславливающего повышение качества поверхностного слоя, отвечает запросам производства и является актуальной.

Целью работы является повышение точности и качества сложнопрофильных поверхностей деталей путем совершенствования способа врезного шлифования и разработки практических рекомендаций для его промышленного использования.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые на основе раскрытия взаимосвязей технологических факторов процесса врезного шлифования, теплофизических свойств материала обрабатываемых деталей, геометрических и размерных параметров прерывистых кругов, обеспечивающих синхронизацию радиального износа рабочих фасонных профилей абразивных инструментов и заданный уровень понижения температуры в контактной зоне шлифования, решается актуальная задача одновременного повышения точности формы и качества сложнопрофильных поверхностей широкого круга деталей машин.

Выявлены и показаны основные этапы последовательного технологического воздействия на процесс шлифования, направленные на одновременное обеспечение заданного уровня понижения температуры в контактной зоне обработки и равномерный радиальный износ рабочих профилей прерывистых кругов при врезном шлифовании сложнопрофильных поверхностей.

Выявлен совокупный показатель, целенаправленным технологическим воздействием на который открывается возможность управлять формой профиля фасонных поверхностей при врезном шлифовании и обеспечивать высокую его точность.

На основе анализа формирования профиля сложнофасонных поверхностей при врезном шлифовании разработана методика по определению геометрических и размерных параметров прерывистых кругов, позволивших реализовать усовершенствованную технологию, обеспечивающую повышенные показатели точности и качества обрабатываемых поверхностей деталей.

Практическая ценность работы

Проведенные исследования позволили разработать высокоэффективный способ врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей кругами с прерывистыми рабочими поверхностями, существенно повышающий показатели точности и качества обрабатываемых поверхностей деталей.

Разработана методика расчета по определению оптимальных конструкций прерывистых кругов, обеспечивающих при врезном шлифовании высокую точность формы и качество сложнопрофильных поверхностей с высокой степенью стабильности указанных характеристик у всех деталей, обработанных за полный период шлифования вплоть до полного износа каждого круга.

Экспериментальные исследования и опытно-промышленные испытания позволяют рекомендовать усовершенствованную технологию врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей для широкого внедрения в промышленность.

Автор выражает сердечную благодарность научному руководителю, доктору технических наук, профессору А.Н. Филину за помощь, оказанную при выполнении работы, а также благодарит коллектив ОАО «Волгабурмаш» за помощь в реализации результатов исследований.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В результате комплексных теоретико-экспериментальных исследований и опытно-промышленной проверки решена актуальная задача, имеющая важное народно-хозяйственное значение и заключающаяся в раскрытии взаимосвязей размерных и геометрических параметров прерывистых кругов, режимов обработки и теплофизических свойств материала обрабатываемых деталей, одновременно обеспечивающих при врезном шлифовании сложнопрофильных поверхностей высокую точность формы профиля и качество поверхностей.

2. Выявлены и обоснованы основные этапы последовательного технологического воздействия на процесс шлифования, направленные на обеспечение заданного уровня понижения температуры в наиболее теплонапряженной зоне контакта круга и детали и равномерный износ рабочих профилей прерывистых кругов при врезном шлифовании сложнопрофильных поверхностей.

3. Выявлен обобщенный показатель оценки точности формы сложнопрофильных поверхностей при врезном шлифовании, основанный на пропорциональности длин режущих выступов прерывистых кругов и объема металла, снимаемого в каждом отдельном поперечном сечении взаимодействующих поверхностей круга и детали, позволяющий путем целенаправленного на него технологического воздействия формировать необходимые сочетания геометрических и размерных параметров прерывистых кругов, обеспечивающих синхронный радиальный износ их рабочих профилей в каждом из их поперечных сечений и, тем самым, высокую точность формы сложнопрофильных поверхностей.

4. Разработана методика расчета размерных и геометрических параметров прерывистых кругов, обеспечивающих при врезном шлифовании сложнопрофильных поверхностей равномерный радиальный износ их рабочих профилей в каждом из поперечных сечений фасонного абразивного инструмента и заданный уровень понижения температуры в контактной зоне шлифования при высокой стабильности указанных показателей у всех деталей, отработанных за полный период шлифования вплоть до полного износа круга.

5. Новый способ врезного шлифования сложнопрофильных поверхностей относительно базового обеспечивает: снижение рассеяния перепадов диаметров наружных фасонно-ступенчатых поверхностей в 1,5 раза и среднее квадратичное отклонение этого параметра в 1,33 раза; при шлифовании внутренних фасонно-ступенчатых поверхностей указанные показатели соответственно составляют 1,5 и 1,56; повышение точности формы профиля тороидальных поверхностей в 1,42 раза; повышение поверхностной микротвердости на 90 - 270 МПа.

6. Результаты стендовых испытаний буровых шарошечных долот показали, что опытные долота 215,9МЗ-ГВ R-155 относительно серийных снижают износ беговых дорожек лап: малой роликовой — на 21%; шариковой — на 17% и большой роликовой — на 14%.

При нефтепромысловых испытаниях средние показатели работы опытных долот по сравнению с серийными долотами выше по проходке, стойкости и механической скорости на 10%, 9% и 1% соответственно.

7. Разработан ряд оригинальных схем и конструкций, на основе которых изготовлены специальные устройства для измерения наиболее важных точностных параметров фасонно-ступенчатых поверхностей: устройство для замеров перепадов диаметров наружных и внутренних ступенчатых поверхностей; устройство для контроля отклонений профиля поверхности от круглости; устройство для измерения радиуса тороидальной поверхности; устройство для измерения отклонений от соосности ступенчатых поверхностей.

8. Высокие технические и экономические результаты, полученные для народного хозяйства страны, полученные в реальных производственных условиях изготовления и эксплуатации изделий, свидетельствуют о высокоэффективном, разработанном автором, подходе к решению актуальной задачи одновременного повышения точности формы и качества сложнопрофильных поверхностей при врезном шлифовании.

Полученные результаты по своим технологическим возможностям могут быть использованы во многих отраслях промышленности, изготавливающих детали с высокоточными сложнопрофильными поверхностями.

1. Шарошечные долота и бурильные головки: каталог, 3-е изд. — М.: Цинтихимнефтемаш, 1978, 84 с.

2. Комм ЭЛ. Исследование влияния конструктивных и технологических факторов на работоспособность, износ и нагруженность опор шарошечных долот: Дис. канд. техн. наук / ВНИИБТ. М., 1978,239 с.

3. Мокшин А.С. Пути повышения стойкости опор серийных долот. — Нефтяное хозяйство, 1960, № Ю, с. 42-47.

4. Мокшин А.С. Исследование износа опор серийных долот // Вопросы теории и техники бурения скважин. Тр. / ВНИИБТ. Вып. 3. М., 1961, с. 18-29.

5. Мокшин А.С., Комм Э.Л. Влияние точности изготовления на стойкость шарикового замкового подшипника в опоре шарошечного долота // Теория и техника бурения. Вып. 17. Тр. / ВНИИБТ. М., 1966, с. 119-132.

6. Мокшин А.С. Исследование шарошечного долота при бурении переменных пород: Дис.канд. тех. наук. — Баку, 1966.

7. Мокшин А.С., Комм Э.Л., Палий П.А. Влияние некоторых конструктивных факторов на работоспособность опор шарошечного долота // Буровые долота. Вып. 16. Тр. / ВНИИБТ. М.: Недра, 1969, с. 29-44.

8. Налимов В.В., Чернова А.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. — М.: Наука. 1965. — 340 с.

9. Флигерит М.А. Рациональная эксплуатация шарошечных долот. — М.: Недра, 1965.-103 с.

10. Ю.Поликарпов П.Н. Момент трения приборного подшипника с четырехточечным контактом при малых скоростях вращения // Тр. ВНИПП, 1971, №3 (67), с. 35-52.

11. И.Старков В.К., Ковалев А.А. Алмаз в промышленность // Алмазы. — М.: ЦДНТП, 1968, с. 37-38.

12. Самохин О.Н., Артемьев А.Я. Исследование влияния формы профиля желобов колец на кинематический момент трения малогабаритных высокоскоростных шарикоподшипников. Тр. / ВНИПП, 1973, №1, с.49-54.

13. Красильников А.А. Влияние погрешностей формы поверхностей качения на момент трения приборных подшипников // Подшипниковая промышленность, 1971, № 6, с. 3-5.

14. Кожевников А.Е. Исследование величины и формы погрешности профиля при отделочной обработке дорожек качения колец приборных подшипников: Автореф. дис.канд. тех. наук / Куйб. политехи, ин-т. — Куйбышев, 1974, с. 24.

15. Кубинек М.И. Улучшение характеристик подшипников качения // Подшипниковая промышленность, 1969, № 3, с. 41-46.

16. Смагина Т.В., Кожевников А.Е., Морозов Ю.А. Оценка погрешности профиля желоба кольца с помощью приборов «Телисерф-4» и «СМ-158». Тр. / ВНИПП, 1973, №3, с. 129-136.

17. Смагина Т.В., Морозов Ю.А., Кожевников А.Е. К вопросу оценки и сравнения искажений профиля желобов колец шарикоподшипников при разных методах финишной обработки. Тр / ВНИПП, 1971, №3, с. 90-98.

18. Шапошников С.Д., Саяпин Г.П. Применение алмазных правящих роликов при шлифовании желобов колец подшипников. Абразивы, 1975, №3, с. 17-21.

19. Шапошников С.Д., Калинин А.Д. Применение статистического анализа случайных процессов для регулирования точности обработки при шлифовании дорожек качения колец шарикоподшипников. Тр. /ВНИПП, 1974, №6 (82), с. 55-74.

20. Кудрин И.И. Расчет износа и выкрашивания в подшипниках качения (Обзор) // Сер. Подшипниковая промышленность. ЦНИИТЭПавтопром, 1989, с. 44-45.

21. Коросташевский Р.В. Применение подшипников качения при высоких частотах вращения (Обзор) // Сер. Подшипниковая промышленность. ЦНИИТЭПавтопром, 1989, с. 49.

22. Евсеев Д.Г. Влияние упрогляющей механической обработки на состояние поверхностного слоя роликов шарикоподшипников // Тр. ин-та ВНИПП, 1966, №1 (45), с. 12-14.

23. Самохин О.Н, Снижение вибраций и шума подшипников качения, диагностика их качества в стендах при испытании на долговечность и при эксплуатации в составе изделия (Обзор) // Сер. Подшипниковая промышленность. ЦНИИТЭПавтопром, 1988, с. 47- 49.

24. Балакшин Б.С. Введение // Адаптивное управление станками. — Машиностроение, 1973, с.10-55.

25. Якобсон М.О. Технология станкостроения. М.: Машиностроение, 1966, 475 с.

26. Маталин А.А. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов. -JI.: Машиностроение, 1970, с. 319.

27. Корсаков B.C. Основы технологии машиностроения. — М.: Высшая школа,1974, с. 335.

28. Картавов С.А. Технология машиностроения. — Киев: Вища школа, 1974, с. 270.

29. Зайцев A.M., Коросташевский Р.В. Авиционные подшипники качения. — М.: Оборонгиз, 1963,340 с.

30. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования. — М.: Машиностроение,1975, 176 с.

31. Якимов А.В. Абразивно-алмазная обработка фасонных поверхностей. — М.: Машиностроение, 1984,312 с.

32. Якимов А.В., Слободняк П.Т., Усов А.В. Тело-физика механической обработки. Киев - Одесса: Лыбидь, 1991,240 с.

33. Сипайлов В.А. Тепловые процессы при шлифовании и управление качеством поверхности. М.: Машиностроение, 1978, 168 с.

34. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. — М.: Машиностроение, 1974,200 с.

35. Маслов Е.Н. Теория шлифования металлов. — М.: Машиностроение, 1974, 310с.

36. Филин А.Н. Повышение точности профиля фасонных поверхностей при врезном шлифовании путем стабилизации радиального износа инструмента. Дис. докт. техн. наук / Куйбышев, КПТИ, 1986,480 с.

37. Филин А.Н., Акгурин А.А. Прогрессивная технология фасонного шлифования. Куйбышев: Куйбышевское кн. изд-во, 1977,64 с.

38. Рахчеев В.Г. Технологические основы обеспечения точности фасонных поверхностей прецизионных деталей. Дис. . докт. техн. наук / Самара, Самара, СамГТУ, 2002,426 с.

39. Швидак И.А., Филин А.Н. Шлифование фасонных поверхностей деталей машин. — Самара: Самарское книжное изд-во, 1993, 206 с.

40. Филин А.Н. Оценка отклонений формы профиля сферических и тороидальных поверхностей / Вестник машиностроения, 1980, №3, с. 30-31.

41. Саморин Ю.Л., Филин А.Н. Метод контроля отклонений формы деталей машин И Известия ВУЗов, Машиностроение, 1980, № 11, с. 106-109.

42. Аюурин А.А. Исследование способа шлифования многоступенчатых деталей (на примере обработки шарошек буровых долот). Автореф. дис. канд. техн. наук / Куйб. политехи, ин-т. Куйбышев, 1971,19 с.

43. Бударина Г.И. Исследование процесса круглого наружного шлифования высоколегированных и легированных подшипниковых сталей. Автореф. дис.канд. тех. наук / Куйб. политех, ин-т. Куйбышев, 1976,24 с.

44. Ваксер Д.Б. Пути повышения производительности абразивного инструмента при шлифовании. -М: Машиностроение, 1964, 123 с.

45. Папшев Д.Д., Совкин В.Ф., Филин А.И. Влияние методов шлифования на показатели работы долот // Совершенствование конструкций и технологии буровых шарошечных долот: Сб. / Главнефтепроммаш, СКБ по долотам. Куйбышев, 1972, с. 107-108.

46. Колтунов И.И. Исследование процесса шлифования внутренних сферических поверхностей методом пересекающихся осей. Автореф. дис.канд. тех. наук. -М., 1975,28 с.

47. Корчак С.Н. Теоретические основы влияния технологических факторов на повышение производительности шлифования деталей: Дис. докт. тех. наук / Челяб. политехи, ин-т. Челябинск, 1975.

48. Редько С.Г. Процессы теплообразования при шлифовании металлов. Дис. докт. тех. наук. Саратов, политехи, ин-т, Саратов, 1960.

49. Филимонов JI.H. Стойкость шлифовальных кругов. — Л.: Машиностроение, 1973, 134 с.

50. Филимонов Л.Н. Высокоскоростное шлифование. — Л.: Машиностроение, 1979,247 с.

51. Фрагин И.Е. Научные основы повышения точности и производительности хопингования: Дис.докт. техн. наук. М.: Ниитракторосельхозмаш, 1975.

52. Эльянов В.Д., Куликов В.Н. Прижоги при шлифовании. М.: НИИМАШ, 1974, 64 с.

53. Ящерицын П.И., Зайцев А.Г. Повышение качества шлифовальных поверхностей и режущих свойств абразивно-алмазного инструмента. — Минск: Наука и техника, 1972,477 с.

54. Ящерицын П.И. Повышение эксплуатационных свойств шлифованных поверхностей. Минск: Наука и техника, 1966,457 с.

55. Базров Б.М. Технологические основы создания адаптивных систем управления процессом обработки деталей: Дис.д-ра техн. наук. М.: Мосстаннии, 1973.

56. Peklenik J. Geometrical adaptive control of manufacturing systems "Ann.CJRP", 1970, 18, №2, 265-272. Duscuss, 272.

57. Peklenik J., Opitz H. Testing of grinding wheels. Advances Mach. Tool Desing and Res. Oxford London - Jork - Poris. Pergamon Press, 1963, 163-177.

58. Байор Б.Н., Эльянов В.Д. Некоторые особенности шлифования желобов колец шарикоподшипников методом качания // Подшипниковая промышленность, 1969, №4, с. 37-42.

59. Жаров JI.C., Швидак И.А., Филин А.И. Метод снижения погрешности измерения фасонных поверхностей // Подшипниковая промышленность, 1978, №12, с. 10-13.

60. Жаров JI.C., Филин А.И. Анализ погрешностей замеров фасонных поверхностей // Машиностроитель, 1978, №11, с. 23.

61. Жаров JI.C., Филин А.И. Способ и средства контроля осевых зазоров в шариковых многоконтактных подшипниках // Подшипниковая промышленность, 1981, №1, с. 11-14.

62. К вопросу повышения качества прецизионных шариковых подшипников с четырех- и трехточечным контактом / Э.Д. Кузнецов, П.Н. Поликарпов, Г.С. Герасимов, А.Е. Кожевников. Тр. / ВНИПП, 1969, №4 (68), с. 58-68.

63. Контроль профилей желобов колец шарикоподшипников с помощью ЭВМ / В.П.Филькин, В.И.Харитонов, В.А.Филимонов, А.Н.Дунаев // Подшипниковая промышленность, 1975, №4, с. 23-24.

64. Меламед В.И., Рочаев Ф.И. Исследование процесса микрошлифования // Вестник машиностроения, 1963, №6, с. 58-60.

65. Повышение производительности и улучшение качества поверхности при шлифовании /В.Ф. Совкин, А.И.Николаев, Е.В.Быков и др. — Куйбышев: кн. изд-во, 1963,112 с.

66. Совкин В.Ф., Николаев А.И. Особенности внутреннего сферического шлифования подшипниковых колец методом качания // Высокопроизводительное шлифование. — М., 1962, с. 124-133.

67. Степанов В.Н. Высокопроизводительное шлифование колец подшипников (Обзор) / НИИНАвтопром. Серия 1. Подшипниковая промышленность. — М., 1973, 72 с.

68. Федосеев О.Б. Теоретическое и экспериментальное исследование процесса шлифования синтетическими сверхтвердыми материалами. Дис.канд. тех. наук/ Тольятти, 1975,149 с.

69. Черных Н.Н., Кенис М.С., Трахтенберг Б.Ф. Исследование профиля дорожки качения колец приборных подшипников при врезном шлифовании // Подшипниковая промышленность. М., 1976, №2, с.20-28.

70. Шевченко О.Н. Высокопроизводительные методы шлифования (силовое шлифование) Обзор / Сост. О.Н. Шевченко; Науч. ред. В.И. Степанов. -М.: Ниинавтопром, 1973, 79 с.

71. Результаты испытаний долот с опорами повышенных точности и гистоты / А.Н.Филин, В.Ф. Совкин, П.И. Сопин и др. Химическое и нефтяное машиностроение, 1971, №1, с. 36-37.

72. Филин А.Н. Повышение работоспособности опор буровых долот. — Машиностроитель, 1970, № 12, с.21.

73. Филин А.И. Влияние износа шлифовальных кругов на точность формы фасонных поверхностей — Химическое и нефтяное машиностроение, 1981, №11, с. 27-28.

74. Филин А.И. Новый способ повышения точности формы и перепадов фасонно-ступенчатых поверхностей при врезном шлифовании — Химическое и нефтяное машиностроение, 1982, № 5, с. 17-22.

75. Кальченко В.И. Шлифования криволинейных поверхностей крупногабаритных деталей. -М.: Машиностроение, 1979,162 с.

76. Эльянов В.Д. Шлифование в автоматическом цикле. — М.: Машиностроение, 1981,104 с.

77. Эльянов В.Д., Байор Б.Н. Пути повышения точности и производительности шлифования желобов наружных колец шарикоподшипников. -М.: Нииавтопром, 1972, 78 с.

78. Байор Б.Н., Эльянов В.Д., Два метода шлифования желобов колец шарикоподшипников // Подшипниковая промышленность, 1971, №3, с.25-33.

79. Золотухин Е.С. Исследование точности обработки профиля внутренних желобов колец подшипников на финишных операциях: Автореф. дис.канд. тех. наук /Куйб. политехи, ин-т. — Куйбышев, 1972,22 с.

80. Лоскутов В.В. Шлифование металлов. М.: Машиностроение, 1970, с.264

81. Ящерицын П.И. Скоростное шлифование. — М.: Машгиз, 1953, 112 с.

82. Ящерицын П.И. Исследование механизма образования шлифованных поверхностей и их эксплуатационные свойства: Дис.докт. тех. наук. — Минск, 1962.

83. Ящерицын П.И. Влияние процессов тонкого шлифования и полирования на гистоту и качество обработанных поверхностей. — Вестник машиностроения, 1965, №6, с. 69-73.

84. Ящерицын П.И. Повышение долговечности шлифованных деталей. — Минск: Госиздат, 1961, 112 с.

85. Лурье Г.Б. Прогрессивная технология шлифования. М.: Тудрезервиздат, 1967,126 с.

86. Лурье Г.Б. Прогрессивные методы круглого шлифования. — Л.: Машиностроение, 1967, 150 с.

87. Лурье Г.Б., Московский В.В. Основы технологии абразивной доводочно-притирочной обработки. — М.: Высшая школа, 1973, 360 с.

88. Лурье Г.Б., Гичан В.В. Адаптивная система управления процессом круглого врезного шлифования. Станки и инструмент, 1974, №7, с. 5-7.

89. Лурье Г.Б. Шлифование металлов. -М.: Машиностроение, 1969, 175 с.

90. Редько С.Г. Число абразивных зерен, участвующих в резании, на рабочей поверхности круга. Станки и инструмент, № 12,1966.

91. Шаталин Е.А. Исследование причин возникновения вибраций на изделии при внутреннем шлифовании: Автореф. дис. канд. техн. наук, Саратов, 1964.

92. Ипполитов Г.М. Абразивно-алмазная обработка. — М.: Машиностроение, 1969, 335 с.

93. Moser J.P. Schlufmaschinen fur das Kalibrieren Von Walren und Waliringen nach dem Einzelkalliber Einstechverfaher Kalibreur, 1973, № 18, S. 81-89.

94. Бесцентровые круглошлифовальные станки / Б.И.Черепанов, Г.М.Годович, Л.П., Л.П. Волков, А.Ф. Прохоров. — М.: Машиностроение, 1973, 169 с.

95. Терган B.C., Доктор Л.Ш. Шлифование на внутришлифовальных станках. — М.: Высшая школа, 1972, 374 с.

96. Ящерицын П.И., Талиерович Е.А. Шлифование металлов. — Минск: Белорусь, 1970,463 с.

97. Ковальногов В.Н. Повышение эффективности совмещенного шлифования с применением СОЖ путем термостабилизации зоны обработки. Автореф. дисс. к.т.н. Ульяновск, 2000, 18 с.

98. Баскин Л.Х., Богомолов Р.М.,Никитин В.Д., Сурков А.Н., Татаринцев В.И., Гомжин М.Г. Стандарт предприятия-СТП 1401-269-95. Система качества. Оценка технического уровня и качества буровых шарошечных долот. ОАО «Волгабурмаш», Самара, 1995, 5с.

99. Некрасов И.Н., Сурков А.Н., Морозов Л.В., Киляков Е.Г. Новое оборудование ОАО «Волгабурмаш» для бурения горизонтальных скважин. Тезисы докладов научно-практической конференции

100. Проблемы научно-технического обеспечения нефтеперерабатывающего и нефтехимического комплекса». Уфа, 1999, с. 131-132.

101. Некрасов И.Н., Сурков А.Н. ОАО «Волгабурмаш» лидер в производстве породоразрушающего бурового инструмента. Аналитический журнал «Нефтегазовая вертикаль»-Москва, 2000, с 16-17

102. Сурков А.Н. О новых конструкциях долот ОАО «Волгабурмаш». Тезисы докладов на научно-технической конференции «Состояние и пути совершенствования техники и технологии строительства скважин на 2002 год». Сургут, 2002, с. 127 -132.

103. Баскин JI.X., Орлов М.В., Сурков А.Н., Горбачев Н.В., Морозов JI.B. Стандарт предприятия СТП 025749180-184-03. Система качества. Изучение работы буровых шарошечных долот в эксплуатации. ОАО «Волгабурмаш», Самара,2003,9 с.

104. Сурков А.Н. Высокоэффективное шлифование фасонных поверхностей деталей. Сборник научно-технической конференции «Материалы и технологии XXI века». Пенза, 2004, с. 63-66

105. Баскин Л.Х., Богомолов P.M., Бурцев А.С., Круглов А.В., Сурков А.Н., Методика испытаний буровых шарошечных долот на стендах лаборатории по исследованиям и испытаниям новой продукции. ПР и05749180-41-04 ОАО «Волгабурмаш», Самара,2004,18 с.

106. Некрасов И.Н., Сурков А.Н. Новые технологические и конструкторские решения бурового инструмента на ОАО «Волгабурмаш» // Научно-технический вестник «Каротажник». Тверь, 2004, № 115, с. 63 - 66.

107. Морозова Е.А., Филин А.Н., Сурков А.Н. Повышение качества буровых долот путем совершенствования технологии обработки опоры лап и шарошек. Журнал «Тяжелое машиностроение» Москва, Машиностроение, принята к печати.