автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Исследование процесса плоского периферийного шлифования кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности

На правах рукописи УДК 621.795.2

004610159

Морозов Алексей Валентинович

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЛОСКОГО ПЕРИФЕРИЙНОГО ШЛИФОВАНИЯ КРУГОМ С ЛАЗЕРНОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИЕЙ РЕЖУЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2010

- 7 ОКТ 2010

004610159

Работа выполнена во Владимирском государственном университете

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Гусев Владимир Григорьевич.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Степанов Юрий Сергеевич;

- кандидат технических наук, доцент Булошников Валерий Серафимович.

Ведущая организация: ОАО ВПО «Точмаш», г. Владимир.

Защита состоится «^0» октября 2010 года, на заседании диссертационного совета Д 212.141.06 при МГТУ им.Н.Э. Баумана по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5.

Ваш отзыв на автореферат в 1экз., заверенный печатью, просим высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана Телефон для справок: (499) 267-09-63

Автореферат разослан «& »се.цла'ь^'Ь 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., доцент

Михайлов В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Процессы шлифования различных изделий машиностроения, приборостроения занимают большой удельный вес среди других способов механической обработки, что обусловлено сравнительно высокой геометрической точностью, низкой шероховатостью, волнистостью обработанных поверхностей, относительно низкой технологической себестоимостью и высокой производительностью обработки. Вместе с этим шлифование характеризуется большими тепловыделениями в зоне обработки, что вызвано высокими скоростями упругих и пластических деформаций обрабатываемого материала, скоротечностью процесса снятия стружки и высоким коэффициентом трения инструмента о заготовку. Интенсивные тепловыделения играют негативную роль в процессе формирования показателей качества шлифованного поверхностного слоя, характеризующих его физико-механическое состояние.

Для уменьшения тепловыделений в обрабатываемые заготовки проводятся опытно-конструкторские, изыскательские и научно-исследовательские работы по различным направлениям, которые позволяют расширить режимы бездефектного шлифования, повысить производительность обработки и качество поверхностного слоя деталей. Среди большого числа направлений исследований (разработка эффективных составов и способов подачи СОЖ, им-прегнирование инструмента, обоснование оптимальных режимов шлифования, разработка высокоточных и производительных способов балансировки, разработка новых абразивных материалов, жестких и высокоскоростных шлифовальных станков и др.) актуальной является разработка способов и инструментов дискретного шлифования. Последнее направление не требует значительных капитальных вложений, а затраты на реализацию дискретного шлифования быстро окупаются.

В ведущих промышпенно развитых странах (Российская Федерация, Германия, Италия, США, Франция, Япония и др.) проводятся работы по созданию и совершенствованию процессов дискретного шлифования путем оптимизации режущей поверхности инструмента, что позволяет улучшить геометрические характеристики шлифованных поверхностей, повысить стойкость инструмента, качество и производительность обработки и снизить технологическую себестоимость изделий.

Так, сборные абразивные круги позволяют существенно уменьшить импульсную температуру и проводить процессы шлифования на высоких режимах резания с обеспечением требуемого качества поверхностного слоя. Однако, сборные и другие известные дискретные шлифовальные инструменты, создавая положительные результаты по некоторым показателям, неизбежно приводят к ухудшению других, не менее важных показателей процессов шлифования. В частности, существующие процессы дискретного шлифования, неизбежно приводят к ухудшению геометрических показателей шлифованных поверхностей. Это обусловлено более динамичной работой инстру-

ментов и ударным воздействием режущих элементов на обрабатываемую поверхность.

В этой связи проведение дальнейших исследований, направленных на повышение эффективности дискретного шлифования, представляется актуальной научно-технической задачей.

Работа выполнена при поддержке Гранта по фундаментальным исследованиям в области машиностроения (шифр 97-24-9.5-501), тема ГБ-164 «Исследование и разработка способа дискретизации режущей поверхности шлифовальных кругов лазерным лучом и создание на его основе нового класса инструмента».

Цель работы. Повышение эффективности процесса плоского периферийного шлифования на основе разработки и исследования инструмента с лазерной дискретизацией режущей поверхности.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать известные и предложить новые схемы дискретизации режущей поверхности шлифовального инструмента и по результатам теоретического анализа выбрать схему для практической реализации;

- аналитически и методом конечных элементов исследовать напряженное состояние шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности под действием центробежной силы и составляющих силы резания и разработать конструкцию инструмента;

- разработать модель виброперемещений шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности и формирование плоской поверхности под действием дискретности процесса резания и рабочих движений инструмента и заготовки;

- провести планируемые многофакторные экспериментальные исследования процесса плоского периферийного шлифования кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности и процесса прожигания системы радиальных отверстий;

- разработать методики назначения параметров дискретного шлифовального инструмента, процесса дискретного шлифования, обеспечивающие повышение эффективности процесса обработки.

Методы исследований. Работа выполнена на базе фундаментальных положений теории резания, лазерной обработки материалов, технологии машиностроения, теоретической механики, метода конечных элементов, методов математической статистики, теории колебаний и планирования многофакторных экспериментов.

Экспериментальные исследования проводились с использованием современных методик в лабораторных и заводских условиях на современной лазерной установке, шлифовальном оборудовании с использованием тепловизора и др. современных средств контроля и измерений. Использовалась современная компьютерная техника и программные продукты.

Теоретические положения, содержащиеся в работе, получили подтверждение экспериментальными исследованиями, а также внедрением результатов в производство.

Автор выносит на защиту:

- критерии оценки дискретных шлифовальных инструментов, новые схемы дискретизации и их анализ;

- математические модели радиальной составляющей силы резания; разрывных, рабочих скоростей и вынужденных колебаний шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности, а также тепловую модель процесса обработки;

- математические зависимости, описывающие формирование геометрии обработанной поверхности и погрешности обработки, вызванные малыми масштабами лазерной дискретизации режущей поверхности шлифовального круга;

- конструкцию дискретного шлифовального инструмента и технологический процесс нанесения отверстий с использованием лазерного луча;

- результаты экспериментального исследования процесса плоского периферийного шлифования кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности;

- методики определения параметров инструмента и построения процесса дискретного шлифования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- критерии оценки дискретных шлифовальных инструментов, новые схемы дискретизации и их анализ;

- анализ напряженного состояния шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности, обусловленного действием центробежной силы и силы резания;

- математические модели радиальной составляющей силы резания, вынужденных колебаний шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности, а также модель температурных колебаний в зоне резания;

- математические зависимости, описывающие формирование геометрии обработанной поверхности и погрешности обработки, вызванные малыми масштабами лазерной дискретизации режущей поверхности шлифовального круга;

- конструкция дискретного шлифовального инструмента, технологический процесс на несения радиальных отверстий с использованием лазерного луча и результаты экспериментального исследования процесса плоского периферийного шлифования кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности;

- методики определения параметров инструмента и построения процесса дискретного шлифования.

Практическая значимость. Предложена новая конструкция шлифовального инструмента с лазерной дискретизацией режущей поверхности;

- предложен технологический процесс дискретизации режущей поверхности шлифовальных кругов с использование лазерного излучения, обеспечивающий минимальные тепловыделения в абразивном материале и высокую механическую прочность инструмента;

- разработана методика определения параметров режущей поверхности дискретного шлифовального инструмента;

- разработана методика построения процесса дискретного шлифования, которая позволяет обоснованно выбирать режим обработки, обеспечивающий не только высокую геометрическую точность шлифованных поверхностей, но и требуемую производительность технологических операций.

Реализация результатов. Разработан, защищен патентом Российской Федерации и внедрен в производство дискретный шлифовальный инструмент, режущая поверхность которого представлена в виде системы радиальных отверстий; разработан технологический процесс прожигания радиальных отверстий с использованием лазерной установки TJI-1000

- внедрен в производство ООО «ВЭМЗ Оснастка» процесс дискретного шлифования деталей вырубных штампов;

- результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке магистров, обучающихся по направлению 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», при выполнении проектно-конструкторских и технологических разработок в курсовых и дипломных проектах студентов, обучающихся по специальности 151001 «Технология машиностроения».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно научно-технических конференциях, Всероссийском совещании зав. кафедрами «Проблемы качества технологической подготовки», научно-техническом совете механико-технологического факультета и заседаниях кафедры «Технология машиностроения» Владимирского государственного университета в 2008 и 2010 гг.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 научных трудов, в том числе 5 статей в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и один патент РФ на изобретение «Дискретный шлифовальный инструмент».

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка и приложений. Работа представлена на 198 страницах основного текста, содержит 91 рисунок, 13 таблиц, список литературы из 114 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отражена актуальность проблемы обеспечения параметров качества деталей в процессе обработки сплошными и дискретными шлифовальными кругами, изложена научная новизна работы

Первая глава посвящена анализу современного состояния процессов сплошного и дискретного шлифования металлов и сплавов кругами различных конструкций. Процессы шлифования непрерывно совершенствуются. Изучением геометрии поверхностей при шлифовании деталей занимались и занимаются отечественные и зарубежные ученые: Аршанский M. М., Гусев В. Г., Ефремов В. В., Козлов А. М., Королев А. В., Маслов Е. Н., Новоселов Ю. К., Оробинский В. М., Попов С.А., Прилуцкий В. А., Редько С. Г., Старков В. К., Степанов Ю. С., Филимонов J1.H., Худобин JI. В., Якимов А. В., Ящери-цын П. И., Brecker J. N.. Dean S. К., Lal G. К., Minke Е, Shaw M. S., Nakayama K., Yo N. E. и многие другие.

Проанализированы процессы шлифования дискретными цельными кругами, сборными абразивными, высокопористыми и импрегнированными кругами, а также кругами с радиально-подвижными абразивными сегментами, отмечены их положительные стороны и нерешенные задачи.

На основании аналитического обзора работ предшественников сформулированы направление, цель и задачи исследований и сделан вывод о необходимости проведения дальнейших работ, направленных на создание новых способов дискретизации, конструкций шлифовального инструмента и теории процессов дискретного шлифования, обеспечивающих повышение эффективности технологических операций абразивной обработки. Изложены научные положения, вынесенные на защиту.

Во второй главе изложено теоретическое обоснование схемы дискретизации периферийной режущей поверхности шлифовального круга. Дискретизация большинства существующих шлифовальных кругов проводится по следующим схемам путем выполнения: выступов и впадин, параллельных или наклонных к оси вращения инструмента (первая схема); крупных пор, случайным образом расположенных по всему объему инструмента (вторая схема); большого числа отверстий, выжженных лазерным лучом в виде строк, параллельных оси вращения инструмента (третья схема). Первая схема дискретизации характерна для цельно прессованных кругов с чередующимися выступами и впадинами, а также для сегментных шлифовальных кругов сборной конструкции. К этой схеме можно отнести и композиционные шлифовальные круги. Ко второй схеме относятся крупнопористые и высокопористые шлифовальные круги. Третья схема дискретизации режущей поверхности (рис Л) используется в шлифовальных кругах, в которых лазерным лучом выполнены по периферии радиальные отверстия в виде строк, параллельных оси круга. Отверстия смежных строк могут быть смещены друг относительно друга в осевом направлении на половину осевого шага Тос, либо не иметь такого смещения.

Выбор схемы дискретизации должен быть обоснованным, поэтому были разработаны критерии оценки схем. Критериями являются: изменение протяженности линии контакта дискретного круга с обрабатываемой заготовкой; обеспечение дискретного резания в продольном и поперечном

Рис. 1 .Дискретная режущая поверхность шлифовального круга, выполненная лазерным лучом (третья схема)

сечениях круга; малая протяженность режущих и прерывающих участков; скважность единичных резов; обеспечение высокой механической прочности инструмента.

Наилучшие результаты по этим критериям оценки характерны для третьей схемы дискретизации со смещением строк отверстий на половину осевого шага (рис. 1 ,а). При этой схеме устраняется скачкообразное изменение длины контакта инструмента и заготовки.

Чем больше скважность, тем меньшую долю составляет время единичного реза, тем больше время единичного отдыха, жестче протекание процесса шлифования и выше уровень вибрации элементов технологической системы. Чем меньше скважность, тем процесс шлифования протекает спокойнее и ниже уровень вибрации технологической системы.

Шлифовальный круг для безопасной обработки заготовок должен обладать достаточной механической прочностью. Для анализа механической прочности круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности использовали метод конечных элементов. Определение напряженно-деформированного состояния от действия центробежных сил проводилось в современном CAE-комплексе Cosmos Works. Изменение радиальных и окружных напряжений в круге показаны на рис.2.

Определены запасы прочности шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности: для поверхности посадочного отверстия круга при максимальных окружных напряжениях запас прочности п=2,6, для плоскости перехода от сплошной к дискретной части круга запас прочности п=4,8.

Запасы прочности соответствуют регламентируемым требованиям безопасности для абразивного инструмента (ГОСТ 52588-2006, п>1,75) для шлифования с механической подачей в закрытой рабочей зоне.

Проведенный анализ напряженного состояния шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности от действия силы резания (напряжения сжатия) показал, что запас прочности составляет п=2,8, что также соответствует требования ГОСТ.

В третьей главе рассмотрено изменение силы резания при шлифовании кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности, моделирование пространственных виброперемещений, формирование плоской поверхности под действием дискретности процесса шлифования и вибрации инструмента.

Радиальная составляющая силы резания при шлифовании кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности описывается зависимостью:

где Ру1 - радиальная составляющая силы резания, характерная для обработки заготовки сплошным участком режущей поверхности шлифовального круга; Ру2 — радиальная составляющая силы резания, обусловленная прерывистостью режущей поверхности инструмента. Составляющая силы резания 1\ зависит от технологических и конструктивных параметров инструмента. Она зависит от высоты, диаметра режущей поверхности, радиуса выжженных отверстий, глубины и скорости резания, а также от скорости подачи заготовки. При увеличении радиуса г выжженных отверстий сила Ру2 возрастает, а результирующая радиальная составляющая силы резания Ру уменьшается.

Под действием дисбалансов и силы Ру движение дискретного шлифовального круга в направлении, перпендикулярном к обрабатываемой поверхности, описывается дифференциальным уравнением:

с/2у с1у „ . , . _

тТТ + ^ , +су = (}ит(т + <ра) + Р, (2)

ш ш

Рис.2.Изменение радиальных и окружных напряжений от действия центробежных сил

где т - приведенная масса шлифовального круга и металлических фланцев, в которых он закреплен; у — малые упругие перемещения шлифовального круга в направлении, перпендикулярном к обрабатываемой поверхности; ц - коэффициент демпфирования; с - коэффициент жесткости; (2 - Ог,„гт2 - неуравновешенная центробежная сила, обусловленная действием главного вектора дисбалансов 1)с„, круга; т - угловая скорость круга; <р „ - угол главного вектора дисбалансов круга; I - текущее время работы инструмента; Р - радиальная составляющая силы резания.

Частное решение неоднородного дифференциального уравнения (2) описывает вынужденные колебания инструмента и имеет вид:

у =-—--эн^ся+ ---=—5т(й)/ + р, -а)пТи, (3)

где - угол между векторами неуравновешенной центробежной силы и радиальной составляющей силы резания при контакте дискретного шлифовального круга с заготовкой по длинной строке выжженных отверстий; що — целое число строк отверстий, умещающихся по окружности режущей поверхности инструмента; а - центральный угол, характеризующий запаздывание упругих перемещений у шпинделя от действующей силы Ру.

Из выражения (3) следует, что виброперемещения шлифовального круга можно рассматривать как совокупность низкочастотной вибрации, обусловленной действием неуравновешенной центробежной силы <2, и высокочастотной вибрации, вызываемой силой Ру. Управлять низкочастотной вибрацией можно тщательной балансировкой круга. Высокочастотная вибрация зависит от характера расположения выжженных отверстий на режущей поверхности круга, диаметра, окружного, осевого шага и др., то есть от конструктивного оформления режущей поверхности инструмента.

Анализ динамики процесса шлифования кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхностью позволил определить условие, при котором обеспечивается безрезонансный режим работы инструмента:

где Т0 - окружной шаг выжженных отверстий; й - диаметр режущей поверхности дискретного шлифовального круга.

Число строк пто, окружной, осевой шаги отверстий и период высокочастотной вибрации зависят от радиуса г выжженных отверстий, вследствие чего он наряду с главным вектором дисбалансов £)с„, является доминирующим фактором процесса обработки.

Механизм формирования обрабатываемой поверхности зависит не только от уровня вибрации шпиндельного узла, но и фазового сдвига <рф рабочих проходов заготовки (синусоид). При <рф=я радиан погрешность обработки Д, образованная на первом проходе, исправляется на втором проходе до величи-

б)

Рис.3.Формирование геометрии поверхности, шлифуемой кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности при фазовом сдвиге рабочих проходов: а) на к радиан, б) на л/3 радиан

ны Д, = Д,/2, а последующие проходы не вызывают уменьшения погрешности (рис.3,а). При сдвиге фаз смежных синусоид <рф=ж/3 после выполнения шести проходов геометрия поверхности представляется затемненным профилем (рис.3,б). Профиль поверхности, обработанной с фазовым сдвигом <Рф =л/3, описывается уравнениями:

Г = 4,2ит(х) + 0£вт(22х) при 0<х<(я/3)к, У = 4,28т(л + ^/3) + 0,58т(22дг) при (ж/Ъ)к<х<{х + 2л/3)к, У -4,251п(л + 2 л7 3) + 0,5ьт(22х) при {х + 2х/3)к<,х<,(х + я)к, У = 4,2зщ(х + я-) + 0,5$т(22*) при (* + ж)к <, х 2 (4л73)А%, Г = 4,2зщ(;с + 4я73) + 0,58т(22.х) при (4ж/3)к < х <(5я/3)к,, У = 4,25т(лг + 5гг / 3) + 0,5 зт(22*) при (5>г/3)-£ < л < 2як . (5)

При сдвиге <рф= 0,\л геометрическая погрешность после шлифования дискретным кругом меньше, чем при <рф = 0,3л- (рис.4). Однако, если принять, например, срф= 0,05ж, то конечная точность обработки окажется еще выше, но для этого потребуется 40 формообразующих рабочих ходов, а численное значение поперечной подачи должно быть = 0,5 мм/ход стола, что потребует

значительного машинного времени на выполнение технологической операции.

На основании графика, (рис.4) можно выбрать режим обработки, который в наибольшей степени обеспечит выполнение требований по геометрической точности шлифованной поверхности и производительности процесса. Кроме этого, уровень вибрации шлифовального круга, вызванной дискретностью режущей поверхности, примерно на два порядка меньше уровня вибрации, обусловленной дисбалансами инструмента, что выгодно отличает его от известных дискретных шлифовальных О -ая алго.»а*яант е,б«о.по.шаяг ф.рсз кругов.

РисД.Влияние фазового сдвига смежных про- Таким образом, высо-ходов заготовки на погрешность обрабо- кая геометрическая точ-таниой поверхности ность обработанной но-

вым инструментом поверхности может быть получена при наличии фазовых сдвигов смежных синусоид, наносимых на заготовку при выполнении формообразующих рабочих ходов. При этом фазовый сдвиг следует выбирать в областях, прилегающих к нулевому значению, но ни в коем случае равным ему. График, представленный на рис.4, позволяет обоснованно выбирать режим обработки, обеспечивающий не только высокую точность шлифованных поверхностей, но и требуемую производительность процесса обработки.

В четвертой главе приведены методики экспериментальных исследований процесса выжигания радиальных отверстий на режущей поверхности шлифовальных кругов с использованием С02 -лазерной установки ТЛ-1000, планируемых многофакторных экспериментов по исследованию процесса дискретного плоского периферийного шлифования.

В результате выполненных исследований отработан технологический процесс лазерного выжигания абразивного материала, исключающий термическое повреждение инструмента. В процессе прожигания исследованы различные траектории движения лазерного луча и выбрана траектория, обеспечивающая требуемую геометрию радиальных отверстий и исключение цветов побежалости в абразивном материале. Для создания условий охлаждения абразивного материала радиальные отверстия выжигали одновременно в двух

смежных строках, параллельных оси шлифовального круга и выбрана последовательность обрабатываемых отверстий.

Многофакторные эксперименты проводились в соответствии с планом ]\]=24"', при этом в качестве независимых факторов были выбраны: величина припуска, снимаемого за один проход; продольная и поперечная подачи стола с заготовкой, а также радиус выжженных отверстий. Получено уравнение регрессии, связывающее названные факторы с шероховатостью шлифованной поверхности:

у = 0,2.36+0,023Л", +0,04*,, где X[-кодированное обозначение глубины резания (I), Х4 - кодированное обозначение радиуса выжженных отверстий (г).

Из уравнения видно, что наибольшее влияние на параметр оптимизации оказывает радиус выжженных отверстий, а величина припуска является вторым по значимости фактором.

о 50 150 250 350 450 Г

Исследовали стойкость дискретного шлифовального круга, износ алмазного правящего инструмента и сравнивали эти показатели с данными сплошного круга. Результаты экспериментальных исследований подтвердили снижение тепловыделений в зоне шлифования. Эксперименты показали, что радиус выжженных отверстий оказывает существенное влияние на выходные параметры дискретного шлифования, на

Рис.5.Распределение температуры по сечению заготовки при снимаемом припуске 30 мкм

Рис. 6. Модель заготовки и схема выбора зон теплообмена

основании чего подтвержден вывод о том, что радиус является доминирующим фактором, который для исследованного плоского периферийного шлифования диаметром круга (200-250)мм и высотой (20-40)мм рекомендован в пределах (1,5-2,0)мм.

Экспериментально установлено, что инструмент с лазерной дискретизацией режущей поверхности обеспечивает уменьшение шероховатости обработанной поверхности на (15-17)% по сравнению с известными дискретными шлифовальными кругами. Микротвердость поверхностного слоя повышается на (17-19)%, период стойкости нового круга до момента появления следов прижога увеличивается в 5-6 раз, а износ алмазного правящего инструмента уменьшается на 15-20 % по сравнению со сплошными шлифовальными кругами. Это объясняется значительным снижением тепловыделений в зоне дискретного шлифования, формированием заборной поверхности в области каждого выжженного отверстия, аэро, - гидродинамической вентиляцией зоны контакта дискретного шлифовального инструмента с обрабатываемой заготовкой и благоприятными условиями размещения стружки.

Шлифовальные кругов с дискретной рабочей поверхностью значительно усложняет процесс теплообмена в зоне резания, что не позволяет при моделировании использовать аналитическое решение из-за низкой достоверности получаемых результатов. Поэтому при моделировании тепловых процессов, происходящих в заготовке при шлифовании, предложенным кругом использовали метод конечно-элементного анализа, реализованный в современном CAE-комплексе Cosmos Works.

Количество теплоты, уходящей в заготовку, зависит от режимов шлифования, теплофизических характеристик обрабатываемого материала и круга. На рис.6 показано распределение температуры по сечению заготовки, полученное методом конечных элементов; точки, нанесенные на кривую графика,

представляют экспериментальные данные.

При шлифовании дискретным кругом подвод и отвод теплоты носит импульсный характер, определяемый геометрией рабочей поверхности круга. Топология расположения отверстий позволила выделить на поверхности заготовки три зоны с различным чередованием

Г 180

М-...........JL - -■■■■■J— _____:.........J—!........-..........;........

0,01 о.т омю8 ом о.от от от с

Рис. 7.Изменение температуры поверхности заготовки в зонах А и Б при снятии припуска 30 мкм

тепловых импульсов (рис.6).

На рис.7 представлены результаты моделирования. На поверхности заготовки изменение температуры имеет ярко выраженный импульсный характер, связанный, в основном, с дискретным подводом теплоты, то есть в возникающие в процессе резания «паузы» теплота уходит в материал заготовки. В меньшей степени тепло уносится потоком воздуха, генерируемым инструментом при вращении. Расчетное распределение температуры по сечению заготовки подтверждается результатами экспериментальных исследований. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 5%.

Температурные поля заготовки при шлифовании сплошным кругом и кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности показаны на рис.8.

Снижение температуры в зоне резания при шлифовании дискретным кругом на 30% устраняет прижоги, позволяет повышать режимы

525-

сп/юшнои круг

дискретный круг-

500.....

......

2 ^ 6 8 10 12 Я ¡6 13 20 22 24 26 28 Я т

Рис.8.Распределение температуры на поверхности заготовки, пои снятии поипуска 30 мкм

резания (повышать производительность), увеличивает период стойкости круга.

В пятой главе изложены методики разработки параметров инструмента, процесса дискретного шлифования заготовок, использование результатов исследований в производстве вырубных штампов и учебном процессе. Методика разработки параметров дискретного шлифовального инструмента включает в себя расчет длины дуги контакта шлифовального круга с обрабатываемой заготовкой и геометрических параметров режущей части в соответствии с разработанными и экспериментально проверенными зависимостями.

Значение осевого шага выжженных отверстий назначаем из условия наиболее близкого их расположения в смежных строках, что обеспечивает малые протяженности режущих и прерывающих участков круга и снижение уровня высокочастотной вибрации, чего нельзя достичь в известных дискретных кругах. Для облегчения разработки параметров дискретного шлифовального инструмента выполнены расчеты длины дуги контакта круга с заготовкой, радиуса выжженных отверстий, осевого и окружного шагов. Их значения определены в для шлифовальных кругов с диаметрами от 100 до 1200мм, что практически охватывает подавляющее большинство применяемых в машиностроении абразивных кругов.

Для определения количества отверстий, располагаемых в строках, в окружном направлении и по всей режущей поверхности инструмента, разработаны математические формулы, связывающие количество отверстий с габаритными размерами инструмента.

Методика построения процесса дискретного шлифования включает в себя выбор габаритных размеров круга, характеристики абразивного материала и величины припуска. По выведенным зависимостям рассчитываем число формообразующих проходов заготовки и фазовый сдвиг между смежными синусоидами.

По известной высоте В дискретного шлифовального круга определяем численное значение поперечной подачи стола с заготовкой, обеспечивающей требуемую по чертежу точность обработанной поверхности. Заключительным этапом является расчет шлифовального круга на виброустойчивость, для этого используются математические зависимости, полученные в диссертации. Приведены технические эффекты, обусловленные применением нового инструмента и процесса дискретного шлифования.

Результаты исследований используются на операции шлифования плоскостей деталей вырубных штампов, а также в учебном процессе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В результате комплекса теоретико-экспериментальных исследований решена актуальная научно-техническая задача по разработке высокоэффективного шлифовального инструмента с лазерной дискретизацией режущей поверхности и процесса плоского дискретного периферийного шлифования с его использованием.

2. На основании анализа схем дискретизации режущей поверхности шлифовальных кругов, работающих периферией, теоретически обоснована и разработана с позиций предложенных критериев новая схема дискретизации, выполненная в виде системы радиальных отверстий, нанесенных лазерным лучом на цилиндрическую поверхность круга.

3. Получены математические зависимости для расчета геометрических параметров дискретной режущей поверхности, связывающие радиус г выжженных отверстий, окружной, осевой шаги с габаритными размерами инструмента, с числом отверстий, расположенных в осевом и окружном направлениях и по всей режущей поверхности; с площадью опасного несущего сечения и напряжениями растяжения, действующими в этом сечении. В результате создано математическое обеспечение инженерных расчетов параметров нового высокопрочного дискретного шлифовального инструмента.

4. Разработанная математическая модель радиальной составляющей силы резания при шлифовании новым кругом связывает ее абсолютные значения с конструктивными параметрами инструмента и элементами режима резания, что позволило определить границы ее численного изменения для различных условий дискретного шлифования и использовать при расчете инструмента на

механическую прочность. Процесс шлифования предложенным кругом характеризуется более высокой частотой изменения силы резания по сравнению с известными дискретными кругами, что обусловлено значительно меньшей протяженностью режущих и прерывающих участков инструмента.

5. Анализ вибрационного состояния дискретного шлифовального круга в процессе обработки позволил определить математическую модель, описывающую колебания инструмента под действием внешней нагрузки и представляющую собой низкочастотную синусоиду, несущую на себе высокочастотную синусоиду, обусловленную дискретным резанием. Высокочастотная вибрация зависит от характера расположения выжженных отверстий на режущей поверхности круга, ее диаметра, окружного, осевого шага и др., что позволяет управлять вибрационным состоянием технологической системы не только изменением элементов режима шлифования, но и конструктивным оформлением режущей поверхности.

6. Геометрические погрешности плоской шлифованной поверхности, обусловленные лазерной дискретизацией режущей поверхности инструмента и рабочими движениями в станке, на два порядка меньше погрешности, вызываемой дисбалансами инструмента, что выгодно отличает предложенный инструмент от известных дискретных шлифовальных кругов. Высокая геометрическая точность обработанной поверхности обеспечивается малыми амплитудными значениями высокочастотной вибрации инструмента и фазовым сдвигом смежных синусоид, который следует выбирать близким, но не равным нулю.

7. Разработан технологический процесс лазерной дискретизации режущей поверхности шлифовальных кругов, обеспечивающий наименьшие тепловыделения в инструменте, которые не снижают его механическую прочность, что позволяет использовать в процессах шлифования заготовок на высоких режимах резания. Разработана методика расчета безрезонансной работы инструмента и методика построения процесса дискретного шлифования, что позволяет обоснованно выбирать режим обработки, обеспечивающий не только высокую геометрическую точность шлифованных поверхностей, но и требуемую производительность технологических операций.

8. Новые технические эффекты, выгодно отличающие дискретный шлифовальный инструмент от известных шлифовальных кругов (уменьшение тепловыделений в зоне обработки (30%), более высокий период стойкости (4-6 раз), меньшие значения геометрических погрешностей обработанных деталей, обеспечение требуемого качества поверхностного слоя при высоких режимах, экономия алмазного правящего инструмента) позволяют создавать эффективные процессы шлифования различных изделий в особенности из трудно обрабатываемых материалов.

9. Результаты исследований используются в производстве деталей вырубных штампов, в учебном процессе при подготовке магистров, обучающихся по направлению 150900 «Технология, оборудование и автоматизация

машиностроительных производств», при выполнении проектно-конструкторских и технологических разработок в курсовых и дипломных проектах студентов, обучающихся по специальности 151001 «Технология машиностроения». Основные научные положения диссертации, являющиеся методологической базой для разработки нового инструмента и эффективного процесса плоского дискретного шлифования, защищены патентом Российской Федерации.

Основные публикации по теме диссертации

1. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Критерии оценки дискретных кругов и их влияние на динамику процесса шлифования // Станки и инструмент. 2009. № 5. С. 16-20.

2. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Выбор схемы дискретизации режущей поверхности шлифовального круга // Станки и инструмент. 2009. № 6. С. 15-19.

3. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Изменение силы резания, обусловленное лазерной дискретизацией режущей поверхности шлифовального круга // Известия Тульского гос. ун-та. Серия. «Инструментальные и метрологические системы». Изд-во ТулГУ, 2008. С. 31-34.

4. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Моделирование пространственных виброперемещений шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности // Известия Тульского гос. ун-та. Серия «Инструментальные и метрологические системы». Изд-во ТулГУ, 2008. С. 34-38.

5. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Разрывные и рабочие скорости шлифовальных кругов с лазерной дискретизацией режущей поверхности // Известия Тульского гос. ун-та. серия «Инструментальные и метрологические системы». Тула, 2004. Вып. 2.4.2. С. 79-83.

6. Гусев В.Г., Морозов A.B. Анализ схем дискретизации режущей поверхности шлифовальных кругов // Сб. статей Всерос. совещания зав. каф. Материаловедения и технологии конструкционных материалов «Проблемы качества технологической подготовки». Волгоград: Волжский, 2007. С. 91-94.

7. Гусев В.Г., Морозов A.B. Критерии сравнительной оценки дискретных шлифовальных кругов // Сб. статей Всерос. совещания зав. каф. Материаловедения и технологии конструкционных материалов «Проблемы качества технологической подготовки» Волгоград: Волжский, 2007. С. 88-91.

8. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Дискретизация режущей поверхности шлифовальных кругов, работающих периферией // Мат-лы Международной НТК «Повышение качества продукции и эффективности производства». Вестник КГУ, 2006 №1. С. 143-145.

9. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Формирование поверхности в процессе плоского шлифования кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности // Мат-лы Международной НТК «Повышение качества продукции и эффективности производства». Вестник КГУ, 2006 №1. С. 32-34.

10. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Температура поверхностей, шлифуемых дискретными и сплошными абразивными кругами // Мат-лы Всероссийской НТК. Теплофизика технологических процессов. Рыбинск: РГАТА, 2005. С. 24-26.

11. Патент РФ № 2385216 B24D, 7/00. Дискретный шлифовальный инструмент// В.Г. Гусев, A.B. Морозов, П.С. Швагирев. Опубл. Бюл. 2010. № 9.

12. Морозов A.B., Климов A.A. Формирование заборной режущей поверхности шлифовального круга с лазерной дискретизацией // Мат-лы Международной научно-практической конференции «Молодежь и наука: реальность и будущее». Изд-во Невинномысского института экономики, управления и права, 2010. Т. 5А. С. 567-568.

13. Гусев В.Г., Селиванов A.M., Морозов A.B. Анализ механической прочности абразивных кругов с различными схемами дискретизации режущей поверхности: Мат-лы Международной научно-практической конференции «Молодежь и наука: реальность и будущее». Изд-во Невинномысского института экономики, управления и права, 2010. Т. 5. С. 449-450.

Подписано в печать . Формат 60x84/16. Усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ Издательство Владимирского государственного университета. 600000, Владимир, ул. Горькою, 87.

Введение

Глава 1.АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ ПРОЦЕССОВ

ДИСКРЕТНОГО ШЛИФОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ

1.1 .Шлифование дискретными цельными кругами

1.2.Шлифование дискретными сборными кругами

1.3.Шлифование высокопористыми и импрегнированными кругами

1.4.Шлифование сборными кругами с радиально-подвижными абразивными сегментами

1.5.Выбор направления, цель и задачи исследований

Глава 2.ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ДИСКРЕТИЗАЦИИ ПЕРИФЕРИЙНОЙ РЕЖУЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА

2.1 .Схемы дискретизации режущей поверхности и критерии их сравнительной оценки

2.2.Анализ первой и второй схем дискретизации режущей поверхности

2.3.Анализ третьей схемы дискретизации режущей поверхности

2.4.Анализ напряженного состояния шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности

2.4.1.Реализация метода конечных элементов при решении задач теории упругости

2.4.2.Анализ напряженного состояния шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности от действия центробежных сил 57 2.4.3.Определение запаса прочности шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности по разрушающим оборотам

2.4.4.Анализ напряженного состояния шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности от действия сил резания 78 2.5.Выводы по второй главе •

Глава З.ФОРМИРОВАНИЕ ПЛОСКОСТЕЙ, ШЛИФУЕМЫХ КРУГОМ С ЛАЗЕРНОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИЕЙ РЕЖУЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

3.1.Изменение силы резания, обусловленное лазерной дискретизацией режущей поверхности шлифовального круга

3.2.Моделирование пространственных виброперемещений шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности

3.3.Формирование плоской поверхности под действием дискретности процесса шлифования и рабочих движений инструмента и заготовки

3.4.Формирование плоской поверхности под действием вибрации шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности 117 3.5 .Выводы по третьей главе

Глава 4.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ШЛИФОВАНИЯ КРУГАМИ С ЛАЗЕРНОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИЕЙ РЕЖУЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

4.1 .Методика процесса лазерного прожига радиальных отверстий

4.2.Результаты экспериментальных исследований процесса нанесения отверстий лазерным лучом на рабочую поверхность круга

4.3.Методика экспериментальных исследований процесса шлифования заготовок кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности.

4.4.Результаты экспериментальных исследований процесса плоского шлифования заготовок кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности

4.5.Моделирование тепловых процессов при шлифовании сплошным кругом и кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности

4.5.1.Решение нестационарной задачи теплопроводности методом конечных элементов

4.5.2.Граничные условия теплообмена

4.5.3.Анализ теплового состояния заготовки при шлифовании сплошным кругом

4.5.4.Анализ теплового состояния заготовки при шлифовании дискретным кругом

4.6.Методика проведения и результаты экспериментальных исследований тепловых полей при шлифовании сплошным кругом и кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности

4.7.Выводы по четвертой главе

Глава 5.МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ ПАРАМЕТРОВ ИНСТРУМЕНТА, ПРОЦЕССА ДИСКРЕТНОГО ШЛИФОВАНИЯ ЗАГОТОВОК И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1.Методика разработки параметров дискретного шлифовального инструмента

5.2.Разработка методики построения процесса дискретного шлифования заготовок

5.3.Технические эффекты, обусловленные использованием нового инструмента и процесса дискретного шлифования

5.4.Использование результатов исследований

5.5.Выводы по пятой главе

Основные результаты и общие выводы

Список используемых источников

Процессы шлифования различных изделий машиностроения, приборостроения, авто, - тракторостроения и> др. занимают большой удельный вес среди других финишных методов обработки, что обусловлено сравнительно высокой геометрической точностью поверхностей, достигаемой при шлифовании, низкой технологической себестоимостью и высокой производительностью обработки.

Вместе с этим шлифование характеризуется большими тепловыделениями в зоне обработки, что вызвано высокими скоростями упругих и пластических деформаций обрабатываемого материала, скоротечностью процесса снятия стружки, а также сравнительно высоким коэффициентом трения инструмента о заготовку.

Интенсивные тепловыделения играют негативную роль, прежде всего, в процессе формирования показателей качества шлифованного поверхностного слоя, характеризующих его физико-механическое состояние.

Процессу шлифования как технологическому методу с момента его возникновения сопутствуют дефекты в обработанном поверхностном слое деталей (прижоги, растягивающие остаточные напряжения, фазовые и структурные изменения и др.), которые до настоящего времени не устранены при повышенных режимах шлифования, несмотря на эффективное использование смазочно-охлаждающих жидкостей и других способов интенсификации отвода тепла из зоны резания.

Для уменьшения тепловыделений в обрабатываемые заготовки проводятся опытно-конструкторские, изыскательские и научно-исследовательские работы по самым различным направлениям, которые позволяют расширить режимы бездефектного шлифования, повысить производительность обработки и качество поверхностного слоя деталей.

Среди большого числа направлений исследований (разработка эффективных составов и способов подачи СОЖ, импрегнирование инструмента, обоснование оптимальных режимов шлифования, разработка высокоточных и производительных способов балансировки, разработка новых абразивных материалов, жестких и высокоскоростных шлифовальных станков и др.) актуальным представляется разработка способов и инструментов дискретного шлифования.

В ведущих промышленно развитых странах (Российская Федерация, Германия, Италия, США, Франция, Япония и др.) проводятся работы по созданию и совершенствованию процессов дискретного шлифования путем оптимизации режущей поверхности инструмента, что позволяет улучшить геометрические характеристики шлифованных поверхностей, повысить стойкость инструмента, качество и производительность обработки и снизить технологическую себестоимость изделий.

Так, сборные абразивные круги позволяют уменьшить импульсную температуру в 3 раза [24], а, следовательно, проводить процессы шлифования на высоких режимах резания с обеспечением требуемого качества поверхностного слоя. Однако, сборные и другие известные дискретные шлифовальные инструменты, создавая положительные результаты по некоторым показателям, неизбежно приводят к ухудшению других, не менее важных показателей процессов шлифования.

В частности, существующие процессы дискретного шлифования, неизбежно приводят к ухудшению геометрических показателей качества шлифованных поверхностей. Это обусловлено более динамичной работой инструментов и ударным действием режущих элементов на обрабатываемую поверхность.

В этой связи проведение дальнейших исследований, направленных на повышение эффективности дискретного шлифования, представляется актуальной научно-технической задачей.

Настоящая диссертация посвящена разработке процесса дискретного шлифования и конструкции инструмента, периферийная режущая поверхность которого характеризуется значительно меньшими протяженностями режущих и прерывающих участков, что позволяет уменьшить время упругой деформации и упругого восстановления технологической системы, а, следовательно, уменьшить уровень вибрации ее элементов со всеми вытекающими отсюда положительными аспектами.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- критерии оценки дискретных шлифовальных инструментов, новые схемы дискретизации и их анализ;

- анализ напряженного состояния шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей поверхности, обусловленного действием центробежной силы и силы резания;

- математические модели радиальной составляющей силы резания, вынужденных колебаний шлифовального круга с лазерной дискретизацией режущей I поверхности, а также модель температурных колебаний в зоне резания;

- математические зависимости, описывающие формирование геометрии обработанной поверхности и погрешности обработки, вызванные малыми масштабами лазерной дискретизации режущей поверхности шлифовального круга;

- конструкцию дискретного шлифовального инструмента, технологический процесс нанесения радиальных отверстий с использованием лазерного луча и результаты экспериментального исследования процесса плоского периферийного шлифования кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности;

- методики определения параметров инструмента и построения процесса дискретного шлифования.

Решение указанных задач позволит создать научную базу, с использованием которой возможна разработка эффективного процесса дискретного плоского шлифования с использованием инструмента с лазерной дискретизацией режущей поверхности.

При выполнении работы использовалась электронно-вычислительная техника, такие программные средства, как «Cosmos Works», «Mathcad», «Advanced Grapher» и др. По результатам выполненных исследований опубликовано 13 научных работ, в т.ч. патент РФ, 2 статьи в центральной печати, 2 статьи в издательствах, рекомендованных ВАК, 6 докладов на научно-технических конференциях различного ранга. Результаты работы используются в процессах плоского шлифования рабочих поверхностей штампов, а также в учебном процессе.

Работа выполнена при поддержке Гранта по фундаментальным исследованиям в области машиностроения (шифр 97-24-9.5-501), тема ГБ-164 «Исследование и разработка способа дискретизации режущей поверхности шлифовальных кругов лазерным лучом и создание на его основе нового класса инструмента». Основные научные положения диссертации, являющиеся методологической базой для разработки нового инструмента и эффективного процесса плоского дискретного шлифования, защищены патентом Российской Федерации. I

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В результате комплекса теоретико-экспериментальных исследований решена актуальная научно-техническая задача по разработке высокоэффективного шлифовального инструмента с лазерной дискретизацией режущей поверхности и процесса плоского дискретного периферийного шлифования с его использованием

2. На основании* анализа схем дискретизации шлифовальных кругов, ра1 ботающих периферией, теоретически обоснована и разработана с позиций предложенных критериев новая схема дискретизации режущей поверхности инструмента, выполненная в виде системы радиальных отверстий, нанесенных лазерным лучом на рабочую цилиндрическую поверхность круга.

3. Получены математические зависимости для расчета геометрических параметров- дискретной режущей поверхности, связывающие радиус г выжженных отверстий, окружной, осевой шаги с габаритными размерами инструмента, с числом отверстий, расположенных в осевом и окружном направлениях и по всей режущей поверхности; с площадью опасного несущего сечения и напряжениями растяжения, действующими в этом сечении. В результате создано математическое обеспечение инженерных расчетов параметров нового высокопрочного дискретного шлифовального инструмента.

4. Разработанная математическая» модель радиальной составляющей силы резания при шлифовании новым кругом связывает ее абсолютные значения с конструктивными параметрами инструмента и элементами режима резания, что позволило определить границы ее численного изменения для различных условий дискретного шлифования и использовать для расчета инструмента на механическую прочность. Процесс шлифования предложенным кругом характеризуется более высокой частотой изменения силы резания по сравнению с известными дискретными кругами, что обусловлено значительно меньшей протяженностью режущих и прерывающих участков инструмента.

5. Анализ вибрационного состояния дискретного шлифовального круга в процессе обработки позволил определить математическую модель, описывающую колебания инструмента под действием внешней нагрузки и представляющую собой низкочастотную синусоиду, несущую на себе высокочастотную синусоиду, обусловленную дискретным резанием. Высокочастотная вибрация зависит от характера расположения выжженных отверстий на режущей поверхности круга, ее диаметра, окружного, осевого шага и др., что позволяет управлять вибрационным состоянием технологической системы не только изменением элементов режима шлифования, но и конструктивным оформлением режущей поверхности.

6. Геометрические погрешности плоской шлифованной поверхности, обусловленные лазерной дискретизацией режущей поверхности инструмента и рабочими движениями в станке, на два порядка меньше погрешности, вызываемой дисбалансами инструмента, что выгодно отличает предложенный инструмент от известных дискретных шлифовальных кругов. Высокая геометрическая точность обработанной поверхности обеспечивается малыми амплитудными значениями высокочастотной вибрации инструмента и фазовым сдвигом смежных синусоид, который следует выбирать близким, но не равным нулю.

7. Разработан, технологический процесс лазерной, дискретизации- режущей поверхности шлифовальных кругов, обеспечивающий^ наименьшее тепловыделения в инструменте, которые не-снижают его ^ механическую прочность и позволяют его использование в процессах шлифования, заготовок на высоких режимах резания. Разработана, методика расчета безрезонансной работы инструмента и методика построения процесса дискретного шлифования, что позволяет обоснованно выбирать режим обработки, обеспечивающий не только высокую геометрическую точность шлифованных поверхностей, но и требуемую производительность технологических операций.

8. Новые технические эффекты, выгодно отличающие предложенный дискретный шлифовальный инструмент от известных шлифовальных кругов (уменьшение тепловыделений в зоне обработки, более высокий, период стойкости, меньшие значения геометрических погрешностей обработанных деталей, обеспечение требуемого качества поверхностного слоя при высоких режимах, экономия алмазного правящего инструмента), позволяют создавать эффективные процессы шлифования различных изделий в особенности из трудно обрабатываемых материалов.

9: Результаты исследований используются в производстве деталей вырубных штампов, в учебном процессе при подготовке магистров, обучающихся по направлению 150900 «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», при выполнении проектно-конструкторских и технологических разработок в курсовых и дипломных проектах студентов, обучающихся по специальности 151001 «Технология машиностроения». Основные научные положения диссертации, являющиеся методологической базой для разработки нового инструмента и эффективного процесса плоского дискретноI

1. Абразивная* и алмазная обработка материалов: Справочник/ Под ред.

2. A.Н. Резникова. М.: Машиностроение, 1977. 371с.

3. Албагичиев» А.Ю. Технологическое обеспечение качества и повышения работоспособности деталей машин на основе энергетической концепции: Авто-реф. дис.д-ра техн. наук. И.: МГАПИ, 2001. 38с.

4. A.c. 1281867 СССР. Способ определения остаточных напряжений кольцевых образцов при травлении/ P.1IL Блурцян, В.Г. Гусев, Г.Ф. Селихов. Опубл. в Б.И., 1987. № 1.

5. A.c. 1549736 СССР, МКИ В24Д, 5/06. Сборный абразивный инструмент/

6. B.Г. Гусев, Л.В. Силин, Д.Р. Блурцян. Б.И., 1990: № 10:

7. A.c. 1034885 СССР, МКИ В24В, 55/02. Сборный абразивный круг/ В.Г. Гусев. Б.И., 1983. № 30.

8. A.c. 1225775 СССР, МКИЗ В24В, 55/02. Устройство для комбинированной подачи смазочно-охлаждающей жидкости в зону резания через поры шлифовального круга/ В.Г. Гусев. Б.И., 1986. № 15.

9. A.c. 1268389 СССР, МКИ4 В24В, 55/02. Устройство для подачи смазоч-но-охлаждающей жидкости/ В.Г. Гусев, К.А. Зайцев, В.В. Кафидов и др. Б.И., 1986. №41.

10. A.c. 1366039 СССР, МКИ4 В24Д, 5/02. Способ внутреннего шлифования/ В.Г. Гусев, Д.Р. Блурцян. Б.И., 1988. № 2.

11. Безъязычный В.Ф. Развитие исследований тепловых процессов в технологии машиностроения: Мат-лы Всерос. НТК Теплофизика технологических процессов. Рыбинск, РГАТА, 2005. С. 3-7.

12. Белкин Е. А. Формообразование каркасных определенных поверхностей шлифованием с бегущим контактом абразивного слоя: Автореф. дис. канд. техн. наук . Тула, 2000. 19 с.

13. Блурцян Д. Р. Высокопроизводительный сборный абразивный инструмент для соосного внутреннего шлифования: Дис. д-ра техн. наук. М:: МГТУ (Станкин), 2007.342с.

14. Блурцян И:Р. Повышение качества поверхностных слоев деталей* при внутреннем шлифовании на основе разработки кругов, обеспечивающих повышение давления СОЖ в зоне обработки: Дис. . канд. техн. наук. Владимир, 2000. 136с.

15. Быкадорова О.Г. Повышение эффективности шлифования-путем управления процессом взаимодействия абразивного зерна и обрабатываемого металла: Ав-тореф. канд. . техн. наук. Волгоград, 2005. 15 с.

16. Василенко Ю.В. Совершенствование техники применения СОТС при плоском шлифовании на основе закономерностей ее поведения в рабочей зоне: Авто-реф. . дис. канд. техн. наук. Брянск, 2002. 24с.

17. Волков. Д. И. Математическая модель механических процессов при глубинном шлифовании с автоматическим регулированием Текст. / Д. И. Волков. Н. В. Полуглазкова // Справочник. Инженерный журнал. 2008. №7. С. 7-11.

18. Волков Д.И. Математическое моделирование и оптимизация высокопроизводительного шлифования с учетом анализа устойчивости термомеханических явлений: Дис. . д-ра техн. наук. Рыбинск, 1997. 540 с.

19. Высокоэффективная технология внутреннего шлифования с повышенным давлением СОЖ в зоне обработки/ Д.Р. Блурцян, В.Г. Гусев, Ю.В. Трифонова и др.// Тр. Межд. Конгресса Конструктивно-технологическая информатика 2000. М.: МГТУ (Станкин), 2000. С. 62-65.

20. Глубинное шлифование деталей из труднообрабатываемых деталей/ С.С. Силин, В.А. Хрульков, A.B. Лобанов и др. Mi: Машиностроение, 1984. 64с.

21. Горбунов Б.И., Гусев В.Г. Уравновешивающие устройства шлифовальных станков. М.: Машиностроение, 1976. 168с.

22. Гусев В. Г. Технология плоского дискретного шлифования: уч. пособие / В. Г. Гусев, В. В. Морозов; под ред. д-ра техн. наук, проф. В. Г. Гусева; Вла-дим. гос. ун-т. Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2007. 344с. ISBN 978-589368-825-2.

23. Гусев В.Г. Высокопроизводительные сборные абразивные круги// Современные проблемы механики и технологии машиностроения: Тез. докл. Все-союз. НТК. М.: Станкин, 1989. 64с.

24. Гусев В.Г. Конструкции сопел для подачи СОЖ в зону прерывистого шлифования // Процессы и оборудование абразивно-алмазной обработки // Межвуз. сб. науч. тр. ВЗМИ, 1982. Вып. 6. С. 77-83.

25. Гусев В.Г. Формирование поверхностей вращения, в процессе дискретного шлифования сборными абразивными кругами// Вестник машиностроения. 1993. №10. С. 20-27.

26. Гусев В.Г. Формирование волнистости поверхностей, шлифуемых сборными абразивными кругами// Известия вузов. Машиностроение, 1987. № 8. С. 151-155.

27. Гусев В.Г. Формирование продольной геометрии деталей при шлифовании// Мат-лы Верхне-Волжского отделения Акад. инж. наук. Владимир; 1997. вып. № 1. С. 57-62.

28. Гусев В.Г., Блурцян Д.Р., Блурцян И.Р. Анализ схем шлифования с образованием гидродинамических клиньев смазочно-охлаждающей жидкости// Известия вузов. Машиностроение, 1998. № 10-12. С. 11-16.

29. Гусев В.Г., Блурцян Д.Р., Трифонова Ю:В. Достоинства и особенности прогрессивного процесса шлифования отверстий кругами с радиально-подвижными абразивными сегментами: Мат-лы II МНТК «Актуальные проблемы машиностроения». Владимир, 2002. С. 67-70.

30. Гусев В.Г., Блурцян Д.Р., Чуриков А.П. Повышение диспергирующего действия СОЖ при внутреннем шлифовании сборными абразивными кругами// Известия вузов. Машиностроение, 1989. № 2. С. 136-141.

31. Гусев В.Г., Кафидов В.В, Движение оси шпинделя при сплошном и прерывистом шлифовании// Вестник машиностроения. 1985. № 12. С. 48-52.

32. Гусев В,Г., Лаврентьев Л.Н. Микрогеометрия и остаточные напряжения торсионных валов из высокопрочной стали после шлифования сборным абразивным кругом// Известия вузов. Машиностроение, 1987. № 2. С. 156-160.

33. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Аэродинамические потоки, генерируемые дискретным торцовым шлифовальным кругом. Известия Тульского гос. ун-та, серия Инструментальные и метрологические системы. Вып. 1.4.2. Тула, 2004. С. 74-79.

34. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Выбор схемы сегментов, обеспечивающей повышение стойкости дискретного торцового шлифовального инструмента: Мат-лы МНТК Теплофизика технологических процессов. Рыбинск: РГАТА, 2006. С. 31-33.

35. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Дискретизация режущей поверхности шлифовальных кругов, работающих периферией: Мат-лы МНТК Теплофизика технологических процессов.- Рыбинск: РГАТА, 2006. С. 24-26.t

36. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Прессование сегментов с дискретной режущей поверхностью для плоского торцового шлифования: Мат-лы МНТК Теплофизика технологических процессов.- Рыбинск: РГАТА, 2006. С. 41-43.

37. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Разрывные и рабочие скорости шлифовальных кругов с лазерной дискретизацией режущей поверхности. Известия Тульского гос. ун-та, серия Инструментальные и метрологические системы. Вып. 2.4.2. Тула, 2004. С. 79-83.

38. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Температура поверхностей, шлифуемых дискретными и сплошными абразивными кругами: Мат-лы Всерос. НТК Теплофизика технологических процессов. Рыбинск: РГАТА, 2005. С. 3437.

39. Гусев В.Г., Морозов A.B., Швагирев П.С. Критерии оценки дискретных кругов и их влияние на динамику процесса шлифования. Станки и инструмент, 2009.-№ 5. С. 16-20.

40. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М: Мир, 1975. 541 с.

41. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. М.: Энергия, 1975.488 с.

42. Костров С. В., Рябцев С. А., Жуков Ю. И. Отечественный высокопористый абразивный инструмент для профильного шлифования зубчатых колес.-Станкостроение и инструментальное производство. Технология машиностроения. 2007.№1. С.32-34.

43. Курдюков В.И. Научные основы проектирования, изготовления и эксплуатации абразивного инструмента: Автореф. дис. . д-ра техн. наук. Саратов, 2000. 496 с.

44. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990.-367 с.

45. Лыков A.B. Тепломассообмен: (Справочник). М.: Энергия, 1978. 480 с

46. Лурье Г.Б. Состояние и перспективы развития технологии шлифования. М.: Машиностроение, 1980. 48 с.

47. Маслов E.H. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение, 1974. 320с.

48. Мироседи А. И., Шумячер В. М. Повышение эффективности процесса абразивной обработки путем управления структурными параметрами абразивного инструмента. Станкостроение и инструментальное производство. Технология машиностроения, 2007. №1. С. 28-32.

49. Морозов A.B., Гусев В.Г.Лабораторный практикум по дисциплинам «Прогрессивные конструкции абразивного инструмента» и «Современные процессы абразивной обработки». Владимир: ВлГУ, 2009. 84 с. ISBN 978-89368985-3.

50. Оробинский В.М., Полянчиков Ю.Н. Повышение качества отделочной обработки деталей при ремонте машин. М.: Машиностроение, 2001. 264с.

51. Островский В.И. Оптимизация условий эксплуатации абразивного инструмента//НИИМАШ, 1984. 56с.

52. Патент США №> 4882 878 B24D 5/00. Шлифовальный круг/Роберт Л., Беннер. Опубл. 28.11. 1989.

53. Патент РФ № 2 187 425 B24D 18/00, 5/00, В24В 7/20. Шлифовальный круг/ Холден Роберт Л. (US), Мак Намара Джон П (US). Опубл. 20.08.2002.I206

54. Патент РФ № 2 300 453, В24В 1/00, B24D7/06. Способ прерывистого торцекруглого-шлифования/ Ю.С. Степанов, Киричек А.В:, Харламов Г.А. и др. Опубл. 10.06.2007.

55. Патент'США № 6 846 233, В24 1/00. Сегментный шлифовальный^ круг/ Такеши Ноногава, Томохару Кондо. Опубл. 25.01.2005.

56. Патент РФ № 2 177 867, В24В 1/00, B24D 7/06. Способ прерывистого шлифования/ Ю.С. Степанов, Б.И. Афанасьев, М.Г. Подзолков и др. Опубл. 10.01.2002.

57. Патент РФ № 2 319600, B24D 5/14. Шлифовальный круг/В. И. Бутенко, •Диденко Д. И. 26.03.2008. Бюл. № 8.

58. Патент РФ № 2309 035, В24В 1/00. Способ шлифования поверхно-стей/В.И. Свирщев, Ю Н. Степанов, Д.Н. Вольнов и др. Опубл. 27.10.2007, Бюл. №30.

59. Патент РФ № 2 258 595, В24В 1/00, 5/02. Способ шлифования многоступенчатых поверхностей деталей сборным абразивным инструментом/А.Н. Филин, В.Г. Рахчеев, И.И. Рашоян и др. Опубл. 20.08.2005, Бюл. № 23.

60. Патент РФ № 2 282 531, B24D 5/14. Абразивный круг/В. И. Бутенко, М.Д. Диденко, Т.А. Рыбинская и др. Опубл. 27.08.2006. Бюл. № 24.

61. Подзолков М. Г. Повышение эффективности внутреннего шлифования на основе разработки продольно-прерывистых кругов с аксиально-смещенным режущим слоем: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Орел, 2003. 22 с.

62. Поляков А. И. Повышение эффективности внутреннего шлифования цилиндров компрессоров применением сборных комбинированных кругов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Орел, 2007. 19 с.

63. Полянчиков Ю.Н. Научные основы создания и применения однокомпо-нентного абразивного инструмента, формируемого импульсным прессованием и высокотемпературным спеканием: Дис. . д-ра техн. наук. Саратов, 2002. 336с.

64. Попов В.И., Локтев В.И. Динамика станков. Киев: Технпса, 1975.-136 с.

65. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: «Энергия»; 1978. 704 с.

66. Расчет на* прочность, деталей машин: Справочник. И.А. Биргер, Б.Ф. Шор, 1Г.Б. Иосилевич. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1979*. 702с.

67. Редько С.Г., Королев A.B. Расположение абразивных зерен на рабочей поверхности шлифовального круга// Станки и инструмент. 1970. № 8. С. 40-41.

68. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов М.: «Машиностроение», 1981. 279 с.

69. Рыкунов, Н.С. Результаты исследований и внедрения в производство процессов глубинного шлифования. Н. С. Рыкунов, Д. И. Волков, В. В. Михрю-тин // Справочник. Инженерный журнал, 2005 №5. С. 19-27.

70. Рыкунов Н.С. Теория и практика применения процессов глубинного шлифования для повышения производительности и качества обработки деталей из жаропрочных сплавов: Дис. . д-ра техн. наук. М., 1988. 436с.

71. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979. 392 с.

72. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием: Справочник // Под ред. О.Г. Энтелиса. М.: Машиностроение, 1985, 352с.

73. Степанов Ю.С., Гусев В.Г., Афанасьев Б.И. Дискретное внутреннее шлифование. М.: Машиностроение 1, 2004. 190с. ISBN 5-94275-117-Х.

74. Старков В.К. Высокопористый абразивный инструмент нового поколения // Вестник машиностроения, 2002. № 4. С. 56-62.

75. Старков В.К. Шлифование высокопористыми кругами. М.: Машиностроение, 2007. 688 с.

76. Суранов А.Я. Lab VIEW 7: справочник по функциям. М.: ДМК Пресс, 2005. 512 с.

77. Тимофеев С.М. исследование влияния смазочно-охлаждающих жидкостей на энергетические соотношения процесса резания материалов: Автореф. Дис. . канд. техн. наук. Ташкент, 1982. 183с.

78. Трифонова Ю.В. Исследование процесса формирования^ геометрии отверстий, шлифуемых кругами с радиально-подвижными, абразивными сегментами: Дис. . канд. техн. наук. Владимир. 2002. 215с.

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

80. Худобин Л.В. Минимизация засаливания шлифовальных кругов / Л.В. Худобин, А.Н. Унянин; под ред. Л.В. Худобина. Ульяновск: УлГТУ, 2007. 298 с.

81. Чирков Г.В. Влияние импрегнирования шлифовального круга на качество обработки. Технология машиностроения, 2007.№2. С.22-24.

82. Шамигулов П.В. Исследование качества поверхностного слоя, формируемого при хонинговании: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Волгоград, 2000. 20 с.

83. Шумячер В. М., Волков М.П. Геометрическая модель формирования профиля шлифованной поверхности/ СТИН 2002. С. 25-27.

84. Шумячер В. М., Кадильников А. В'. Влияние формы поверхности шлифовального круга и ориентации абразивного зерна в связке на начало процесса стружкообразования. Станкостроение и инструментальное производство. Технология машиностроения. №5. 2007.С. 28-34.

85. Шлифование в емкости с СОЖ/ В.Г. Гусев, Д.Р. Блурцян, Ю.В. Трифонова и др. // Сб. тр. МНТК Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы. Шлифабразив-99. Волжский, 1999. С. 213-215.

86. Якимов A.B. Прерывистое шлифование. Киев-Одесса:, Вища школа. 1986.176 с.

87. Якимов А.В: Оптимизация процесса шлифования. М.: «Машиностроение», 1975. 176 с.

88. Ящерицын П.И., Еременко M.JL, Фельдштейн Е.Э. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах. Минск: Высшая школа, 1990. 512с.

89. Brown R.H., Wager J.G; An examination of the Wheel-work interface using an explosive device to suddenly interrupt the surface grinding process// CIRP Ann. 1977.Vol.26.-#l. P. 143-146.

90. Cassidy W.J. User friendly CDN grinding// Tool and Production.-1989. Vol. 55. #2. P.46-48.

91. Damlos H.H. Profilschleifen im pendel und tiefschleif// Schleifen, Honen. Lappen und Polieren. Verfahren und Maschinen/ E. Salje, Jahrb. 51 Ausg. Essen: Vuklan. Verlag, 1982. S. 203-212.

92. Das Tiefschleifen// Oberflanche und JOT, 1978. Bd. 18. 10. S.634-641.

93. Dean S.K., Doyle E.D. Mechanism in fine grinding: Proceeding International Conference on Production Engineering, Tokyo, 1974. Part 1 .P. 123-129.

94. Druminski R. Tiefschleifen von Schnellarbeits stahl mit Siliziumkarbid und bornilrid Schleifscheiben/ZWF, 1977. Bd. 72.8. S.387-397.

95. Jobst G. Super abrasives for mass production grinding of mild steel with CBN // Ind. Diamond Rev, 1980. 10. P.372-377.

96. Konig W. Continuous dressing dressing conditions determine material removal rates and workpiece quality // Annals of the CIRP, 1988. Vol. 37.P.303-307.

97. Kremen Z. I. A new generation of high porous vitrified CBN , wheels/Industrial Diamond Review, 2003, № 4, P. 53-56.r \

98. Malkin S. Burning limit for surface and cylindrical grinding of steels // Annals of the CIRP. 1978. Vol. 27. P.233-236.

99. Snocys R., Brown D. Dominating parameters in grinding wheel and workpiece regenerative chatter // Proc. 10-th MTDR Conf, 1969. P.52-75.

100. Verkerk J., Pekelharing A.J. The influence of dressing operation on productivity in precision grinding // CIRP Ann., 1979. Vol.28. P. 487-495.

101. Yo N.E., Peace T.R.A. Some observation on profile wear in creep feed grinding // Wear, 1983. Vol. 92. P. 51-66.

102. Начальника бюро механосборочных работ ^fyyj/^Куприянова Е.А. Инженер-технолог Виктюшихин A.A.1. ZfiL^

103. Выполнять проектно-конструкторские и технологические разработки в курсовых и дипломных проектах студентов, обучающихся по специальности «Технология машиностроения»,

104. Использовать в качестве реального наглядного пособия, демонстрирующего новую конструкцию дискретного шлифовального инструмента.f\1. УТВЕРЖДАЮиспытаний на прочность дискретного шлифовального круга

105. Диаметр посадочного отверстия — 76мм

106. Диаметр радиальных отверстий 1,8мм; 3,2мм; 5,3мм5. Партия —6штбыли подвергнуты испытанию на прочность путем вращения на испытательном стенде инструментального цеха ООО "ВЭМЗ Оснастка".1. Режимы испытаний:

107. Все дискретные шлифовальные круги выдержали испытания, при этом не было обнаружено отрывов частей абразивного инструмента, сколов или трещин.

108. Начальника бюро механосборочных работ Куприянова Е.А.

109. Инженер-технолог Виктошихин A.A.1. РОС СШЙ'СЖАЙ и^УХЖ^ЖЛЖЯ