автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Исследование стабильности процесса хонингования новым абразивным инструментом без связки

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Современное состояние теории и практики финишной обработки хонингованием.

1.1 Выбор критериев оценки эффективности процесса финишной абразивной обработки.

1.2 Анализ процесса съема металла при хонинговании и влияющих на него факторов.

1.3 Анализ процесса износа абразивного инструмента и влияние самозатачивания на эффективность микрорезания.

1.4 Анализ факторов, влияющих на качество обрабатываемой поверхности.

1.5 Анализ параметров обработки влияющих, на точность формы получаемых отверстий.

1.6 Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. Условия проведения экспериментов.

2.1 Используемое оборудование, режущий инструмент и приспособления.

2.2 Измерительный инструмент и приборы.

2.3 Методика исследования состояния поверхностного слоя.

2.4 Методика и оборудование для исследования гранулометрического состава шлама после обработки.

2.5 Заготовки.

2.6 Краткие условия проведения экспериментов.

2.7 Определение точности проведенных исследований.

ГЛАВА 3. Аналитическое описание параметров процесса хонингования и их влияние на интенсивность съема металла.

3.1 Геометрическая форма и закон распределения размеров абразивных зерен.

3.2 Описание плотности и распределения числа режущих зерен на поверхности и по высоте рабочего слоя абразивного инструмента.

3.3 Определение возможной глубины риски-царапины.

3.4 Определение сил, действующих на единичное зерно.

3.5 Влияние смазывающе-охлаждающей жидкости на параметры финишной абразивной обработки.

3.6 Аналитическое описание интенсивности съема металла в процессе финишной абразивной обработки хонингованием.

3.7 Анализ экспериментальных данных измерения производительности процесса.

Глава 4. Аналитическое описание износа инструмента в процессе финишной абразивной обработки и его влияние на стабильность.

4.1 Вероятностное описание процесса разрушения связей между зернами.

4.2 Износ инструмента в процессе микроразрушения вершин зерен.

4.3 Условия и вероятность объемного разрушения зерна.

4.4 Описание износа абразивных зерен истиранием об обрабатываемую поверхность.

4.5 Вероятностное описание износа абразивного инструмента, определяемое процессами разрушения единичных абразивных зерен.

4.6 Экспериментальное исследование износа инструмента.

4.7 Описание износа вершины зерна и его связи с параметрами самозатачивания.

4.8 Влияние износа инструмента на плотность распределения вершин абразивных зерен по высоте рабочей части инструмента.

4.9 Экспериментальное исследование стабильности процесса хонингования.

Глава 5. Качество обработанной поверхности и точность получаемой детали.

5.1 Описание шероховатости обрабатываемой поверхности в процессе хонингования.

5.2 Состояние поверхностного слоя детали после обработки.

5.3 Факторы, влияющие на точность отверстия при хонинговании.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

В диссертации рассматриваются вопросы, связанные с исследованием стабильности и оценкой процесса финишной абразивной обработки, а также скорректированы старые и разработаны новые теоретические зависимости между основными параметрами этого процесса.

Актуальность темы диссертации.

Основными требованиями современного производства является повышение качества выпускаемой продукции. В связи с этим совершенствование финишных операций, таких как хонингование, является весьма актуальной задачей, решение которой невозможно без комплексного подхода и использования опыта, накопленного в различных отраслях машиностроения.

Появление новых видов абразивных инструментов, в частности новых абразивных инструментов без связки, открывает новые возможности повышения эффективности процесса обработки за счет значительного снижения износа инструмента и повышения качества и точности обрабатываемых поверхностей. Вместе с тем это ставит новые вопросы в теоретическом описании процесса финишной абразивной обработки, в частности в вопросах стабильности процесса хонингования.

Стабильность процесса хонингования связана с ^комплексом характеристик процесса обработки, и для изучения этого вопроса требуется детальное моделирование системы абразивной обработки.

Многие процессы сопровождающие процесс обработки, такие как • самозатачивание, не имеют аналитического описания, что приводит к неадекватному моделированию системы абразивной обработки.

Актуальность поиска теоретического описания системы абразивной обработки, работающей в стабильном режиме, значительна как для традиционного, так и для нового абразивного инструмента без связки.

Целью работы является повышение эффективности процессов хонингования путем разработки теоретических основ стабильности финишной абразивной обработки и исследования самозатачивания.

Методика исследований. В работе использован комплексный подход к проблеме достижения стабильности и повышения эффективности процессов финишной абразивной обработки. При анализе математической модели сопоставлены результаты теоретических и экспериментальных исследований.

Теоретические исследования проводились на базе фундаментальных разработок в области теории твердого тела, сверхтвердых материалов, теории резания, технологии абразивной обработки.

Экспериментальные исследования проводились по стандартным методикам в лабораторных и производственных условиях с применением методов дисперсионного анализа.

Экспериментальные данные и аналитические формулы обрабатывались на персональном компьютере с помощью программы Ехесе1 7.0.

Научная новизна работы:

Введено аналитическое описание процессов износа абразивного инструмента при хонинговании, учитывающее вероятностный характер проявления различных видов разрушения инструмента.

Выявлен механизм самозатачивания новых абразивных • инструментов без связки на основе преимущественного скалывания вершин абразивных зерен, подтверждающий высокую износостойкость данного инструмента. 6

Определено теоретическое описание точности формы обрабатываемого отверстия, отражающее влияние производительности процесса и стойкости инструмента.

Практическая ценность работы. Предложена методика и программа расчета параметров эффективности (интенсивность съема металла, износостойкость инструмента, качество и точность формы обработанной поверхности) прогнозирующая стабильность обработки в зависимости от свойств абразивного инструмента и режимов обработки.

Разработаны технические предложения, позволяющие обеспечить стабильность процесса хонингования как традиционными, так и новыми без связки абразивными инструментами.

Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры "технология машиностроения", в особенности Оробинскому В.М., Банникову А.И, Курченко А.И, Полянчикову Ю.М. за помощь в работе над диссертацией.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

Основным результатом диссертационной работы является разработка научных основ стабильности процесса хонингования.

Полученные в диссертационной работе результаты в основном сводятся к следующему:

1.Описаны законы распределения вершин абразивных зерен по высоте рабочего слоя инструмента, найден вид кривой распределения, характерный для стабильного процесса хонингования.

2.Получены аналитические зависимости для расчета плотности режущих зерен на поверхности инструмента.

3.Исследована зависимость изменения глубины риски-царапины по высоте рабочего слоя инструмента в зависимости от закона распределения вершин абразивных зерен.

4.Описана вероятностная модель износа инструмента, на основе которой выделены критерии самозатачивания. Исследовано влияние характеристик износа инструмента на средний радиус при вершине абразивного зерна.

5.Определены требования к абразивному инструменту, параметрам обработки, обеспечивающим стабильность процесса хонингования как традиционным, так и новым инструментом без связки.

6.Предложена методика и программа, рассчитывающая параметры эффективности обработки (производительность процесса, износостойкость инструмента, качество и точность формы обработанной поверхности) в зависимости от свойств абразивного инструмента и режимов резания, и прогнозирующая стабильность обработки.

7.Проведены экспериментальные исследования, подтверждающие адекватность аналитических выражений, описывающих процесс финишной обработки хонингованием.

1. Абразивная и алмазная обработка материалов: Справочник / А.Н.Резников М.: Машиностроение, 1977. 391 с.

2. Авт. св. СССР N 1364454 "Способ изготовления абразивных изделий", - Оробинский В.М., Чигиринский Ю.Л., Банников А.И., Талантов Н.В., Панченко Ю.В.

3. Авт. св. СССР N 1653980 "Способ изготовления абразивных изделий", - Оробинский В.М., Уткин Е.Ф., Талантов Н.В., Рзаев В.Т.

4. Бабаев С.Г., Мамедханов Н.К., Гасанов Р.Ф. Алмазное хонингование глубоких и точных отверстий. М,: Машиностроение, 1978. 103 с.

5. Бабичев А.Н. Хонингование. М.: Машиностроение, 1965.

6. Байкалов А.К. Введение в теорию шлифования материалов. Киев: Наук, думка, 1978. 206 с.

7. Богородицкий H.H. Технологическое оснащение хонингования. Л.: Машиностроение, 1984. 237 с.

8. Ваксер Д.Б. Влияние геометрии абразивного зерна на свойства шлифовального круга. В кн: Основные вопросы высокопроизводительного шлифования. М.: Машиностроение, 1960.

9. Ваксер Д.Б. Внутреннее шлифование. М Л.: Машгиз, 1961. - 67 с.

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

11. Ван Флейк Л. Теоретическое и прикладное материаловедение. М.: Атомиздат, 1975. 472 с.

12. Воронцова А.Н., Воронцов В.В., Чернышев H.A. Стабильность процесса резания при шлифовании. Волгоград: Издательство ВГТУ, 1996.-41-48 с.

13. Высокопроизводительное шлифование/ Под. ред. Маслова E.H. М.: Наука, 1964.

14. Гаршин А.П. Абразивные материалы. JL: Машиностроение, 1983. -231 с.

15. Гиг Дж. Прикладная общая теория систем. М.: Мир, 1981.

16. Горленко O.A., Бишутин С.Г., К вопросу о распределении по высоте вершин абразивных зерен в рабочей поверхности шлифовального круга// Физические процессы при резании металлов. Волгоград: Издательство ВолгГТУ, 1997. 11-15 с.

17. Гришин В.А., Камаев В.А. Математическое моделирование изделий и технологий. Волгоград: Издательство ВПИ, 1986. 192 с.

18. Гуревич И.И., Евсеев Д.Г., Редько С.Г. Совершенствование обработки наружных поверхностей абразивными брусками. Саратов: Издательство саратовского университета, 1976. 132 с.

19. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. М.: Мир, 1989. -510с.

20. Дубов Ю.А., Травкин С.И. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. М.: Наука, 1986.

21. Дьяченко П.Е. Исследование зависимости микрсзгеометрии поверхности от условий механической обработки. М. JL: Издательство академии наук СССР, 1949. - 126 с.

22. Дьяченко П.Е., Якобсон М.О. Качество поверхности при обработке металлов резанием. М.: Машгиз, 1951.

23. Дьяченко П.Е. Шлифовальный круг и его режущая способность. М.: Оборонгиз, 1939.- 89 с.

24. Евсеев Д.Г, Сальников А.Н. Физические основы процесса шлифования. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1978. -128 с

25. Евсеев Д.Г. Формирование свойств поверхностных слоев при абразивной обработке. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1975. -216 с

26. Зайцев С.А. Хонингование и суперфиниширование в автотракторостроении. М.: Машиностроение, 1985. 80 с.

27. Ивашинников А. В. Определение критической нагрузки с учетом осыпаемости шлифовального круга. // Совершенствование процессов абразивно-алмазной и упрочняющей обработки в машиностроении: Сб. науч. тр. Пермь, 1986. 160 с.

28. Ипполитов Г.М. Абразивные инструменты и их эксплуатация. М., 1959. 150 с.

29. Ипполитов Г.М. Абразивно-алмазная обработка. М., 1969. 336 с.

30. Карабань В.Г. Нормирование точности. Волгоград: Издательство ВолгГТУ, 1996.

31. Колев К.С., Горчаков A.M. Точность обработки и режимы резания. М.: Машиностроение, 1976. 144 с.

32. Королев A.B. Исследование процессов образования поверхности инструмента и детали при абразивной обработке. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1975. 192 с.

33. Королев A.B., Березняк P.A. Прогрессивные процессы правки шлифовальных кругов. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1984. 112 с.

34. Королев A.B., Новоселов Ю.К. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Часть 1. Состояние рабочей поверхностиабразивного инструмента. Саратов: Издательство саратовского университета, 1989. 160 с.

35. Королев A.B., Новоселов Ю.К. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Часть 2. Взаимодействие инструмента и заготовки при абразивной обработке. Саратов: Издательство саратовского университета, 1989. 160 с.

36. Корсаков B.C. Точность механической обработки. М.: Машгиз, 1961.

37. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. М.: Машиностроение, 1974. 280 с.

38. Корчак С.Н. Прогрессивная технология и автоматизация круглого шлифования. М.: Машиностроение, 1968. 108 с.

39. Костерин В.В. Оптимизация технологических систем. Волгоград: Издательство ВолгГТУ, 1996. 160 с.

40. Крагельский И. В. Основы расчета на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. 526 с.

41. Крагельский И. В. Трение и износ. М.: Машгиз, 1968. 480 с.

42. Кремень З.И., Стратиевский И.Х. Хонингование и суперфиниширование деталей. Л.: Машиностроение, 1988. 134 с.

43. Крюков С.А. Теоретическое определение радиальной силы резания абразивным зерном // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы. Волжский: Издательство ВИСИ, 1997.

44. Кудасов Г.Ф. Абразивные материалы и инструмент. . Д.: Машиностроение, 1967. 107 с.

45. Кудасов Г.Ф. Плоское шлифование. Л.: Машиностроение, 1967. 107 с.

46. Кузнецов И.П. Основы скоростного шлифования и пути его внедрения в производство. М.: Машгиз, 1954. 68 с.47.