автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Определение параметров пространственных маятниковых вибромашин, обеспечивающих снижение шероховатости поверхности при высокопроизводительной виброабразивной обработке

На правах рукописи

АЛЕКСАНДРОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ МАЯТНИКОВЫХ ВИБРОМАШИН, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ СНИЖЕНИЕ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ ВИБРОАБРАЗИВНОЙ

ОБРАБОТКЕ

Специальность: 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и

физико-технической обработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Орёл - 2004

Работа выполнена на кафедре «Технология и оборудование в металлургии и машиностроении» Старооскольского технологического института (филиала) Московского государственного института стали и сплавов (технологического университета).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Сергиев Аркадий Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Серга Георгий Васильевич

кандидат технических наук, доцент, Гаевой Андрей Петрович

Ведущее предприятие: ЗАО «ЭТОН» (Белгородская обл., г. Старый Оскол)

Защита диссертации состоится «18» июня 2004 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.182.06 при Орловском государственном техническом университете по адресу: 302020, Россия, г. Орел, Наугорское шоссе, д.29, ауд.212.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Орловского государственного технического университета.

Автореферат разослан «15» мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.182 кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из наиболее важных задач машиностроения является повышение надежности и долговечности деталей машин и инструментов. Эксплуатационные свойства деталей машин во многом зависят от состояния поверхностного слоя: физико-механических свойств, остаточных напряжений, шероховатости, поэтому требования к качеству поверхностей деталей постоянно повышаются. Доля шлифовальных, зачистных, полировальных и других финишных методов обработки возрастает, однако многие операции отдел очно-зачистной обработки мелкоразмерных деталей выполняются с использованием ручного труда.

Сопоставление различных методов обработки мелкоразмерных деталей показало, что наиболее перспективным и производительным методом отделочно-зачистной обработки (ОЗО) является виброабразивная обработка в свободных абразивных средах.

Однако ее широкое внедрение сдерживается появлением локальных побито-стей на деталях от их взаимного соударения, при использовании режимов обработки, обеспечивающих высокую производительность процесса за счет увеличения амплитуды и частоты колебаний. В настоящее время отсутствуют отработанные конструктивные решения пространственных маятниковых вибромашин, поэтому определение рациональных конструктивных и технологических параметров чистовой виброабразивной обработки мелкоразмерных деталей в пространственных маятниковых вибромашинах, обеспечивающих получение минимальной шероховатости поверхности, с одновременным значительным сокращением технологического времени обработки, и разработка оборудования для их реализации, является своевременной и актуальной задачей.

Цель и задачи работы. Цель работы - снижение параметра шероховатости, при сохранении высокой производительности процесса чистовой виброабразивной обработки мелкоразмерных деталей в пространственных маятниковых вибромашинах, путем определения рациональных конструктивных и технологических параметров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать характер формирования шероховатости поверхности при обработке в свободных абразивных средах методом пространственных маятниковых колебаний.

2. Исследовать влияние конструктивных и технологических параметров маятниковых вибромашин на качество поверхности обрабатываемых деталей и производительность обработки для данного типа машин.

3. Разработать адекватные математические модели съема металла и формирования минимальной величины шероховатости поверхности.

4. Установить функциональные связи между конструктивными параметрами маятниковых вибромашин и величиной шероховатости поверхности.

5. Разработать рекомендации по созданию вибромашин, расширяющих технологические возможности процесса для чистовой виброабразивной обработки.

Методы исследования. Теоретическое исследование базируется на использовании соответствующих разделов технологии машиностроения, теории вероят-

ности, дифференциальных уравнений, математической статистики и математического моделирования на персональном компьютере.

Экспериментальные исследования проводились на экспериментальной установке, реализующей колебания по закону конического маятника, и позволяющей в широком диапазоне изменять конструктивные и технологические параметры, с целью выявления их влияния на производительность процесса и качество поверхности обрабатываемых деталей. Обработка полученных данных и аналитические исследования выполнялись на персональном компьютере.

Автор защищает следующие основные положения:

1. Аналитические исследования механизма съема металла и формирования шероховатости поверхности при обработке в свободных абразвиных средах.

2. Результаты экспериментальных исследований влияния конструктивных и технологических параметров маятниковых вибромашин на качество поверхности обрабатываемых деталей и производительность обработки.

3. Уравнения регрессии, адекватно описывающие характер съема металла и получение минимальной шероховатости поверхности.

4. Диапазон конструктивно-технологических параметров, обеспечивающих доминирующую роль механизма истирания перед микрорезанием и скалыванием.

5. Рекомендации по выбору конструктивных и технологических параметров пространственных маятниковых вибромашин для чистовой виброабразивной обработки.

Научная новизна.

1. Установлен рациональный диапазон конструктивно-технологических параметров пространственных маятниковых вибромашин, обеспечивающий минимальную шероховатость поверхности за счет доминирования съема металла от истирания: радиус водила 5...45 мм и частота вращения приводного вала 200...300 об/мин. Методом многокритериальной оптимизации определено оптимальное сочетание съема металла и шероховатости для латуни Л70, которое обеспечивается при значении радиуса водила 25 мм и частоты 300 об/мин.

2. Установлен различный характер влияния горизонтальной и вертикальной составляющих амплитуды на формирование шероховатости поверхности. Увеличение вертикальной составляющей свыше 5 мм оказывает отрицательное влияние на высотные параметры шероховатости.

3. Установлено, что минимальная шероховатость поверхности достигается при обработке в цилиндрической рабочей камере, при жестком водиле, обеспечивающем независимое регулирование горизонтальной и вертикальной составляющих амплитуды и угол наклона оси рабочей камеры 2...50.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанная математическая модель позволяет определять соотношения основных техно -логических и конструктивных параметров машин, использующих пространственные маятниковые колебания. На основании исследований была разработана опытно-промышленная вибрационная установка для чистовой ОЗО со средней продолжительностью обработки 5-8 мин, в зависимости от конкретных производственных условий.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международной научно-технической конференции «Вопросы проектирования, эксплуатации технических систем в металлургии, машиностроении, строительстве», (Старый Оскол, 1999); международной научно-технической конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения " - "Технология - 2000", (Орел, 2000); V международной научно-технической конференции «Вибрация - 2001 (Вибрационные машины и технологии)», (Курск, 2001); IV международной научно-технической конференции «Вибрации в технике и технологиях», (Винница, 2002); на научных конференциях СТИ МИСиС, 1999-2001 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 227 страниц, в том числе 67 иллюстраций, 17 таблиц и 58 страниц приложений. Список использованных литературных источников содержит 134 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, изложены цель и задачи работы, методы исследований, научная новизна и практическая ценность диссертации.

Первая глава посвящена анализу существующих видов оборудования для виброабразивной обработки. Рассмотрены основные параметры, влияющие на производительность и качество поверхности при виброабразивной обработке.

Дана классификация вибромашин по циклу действия, степени универсальности, степени механизации, режиму работы, типу привода и форме рабочей камеры.

Проведенный анализ конструкций вибромашин показывает, что одним из наиболее перспективных вариантов конструкций вибромашин для чистовой виброабразивной обработки мелкоразмерных деталей после механической обработки или штамповки массой до 20 г является схема пространственной маятниковой вибромашины. В то же время необходимо определение таких конструктивно-технологических параметров этих вибромашин, которые будут обеспечивать снижение шероховатости поверхности.

Как установлено всеми исследователями, изучавшими виброобработку, основными параметрами, определяющими производительность процесса, являются амплитуда и частота. Амплитуда определяет величину перемещения детали при формировании поверхности. Частота определяет количество соударений деталей и абразивных гранул, и входит в формулу виброускорения, которое создает необходимое для существования процесса разрыхление абразивной среды

Кроме амплитуды и частоты наибольшее влияние на производительность и качество поверхности при виброабразивной обработке оказывают: состав, грануляция и зернистость абразивного наполнителя, его износостойкость и соотношение с объемом обрабатываемых деталей; состав жидких рабочих сред, и способ их подачи; параметры, связанные с обрабатываемыми деталями; вид траектории колебаний рабочей камеры, а также характер распределения колебаний по высоте камеры.

Относительно влияния формы траектории колебаний на производительность процесса и величину шероховатости поверхности существует несколько противоположных мнений.

Широко распространено мнение, что только вертикальная составляющая колебаний определяет производительность обработки, а отрыв (подбрасывание) частиц сыпучей среды является обязательным условием протекания процесса. Исследования в этом направлении проводили, в частности Д. Бахманн, М.Л. Моргулис, ME. Шаинский, И.Н. Карташов, А.П. Бабичев, М.Н. Найс, Д.Д. Малкин.

Согласно исследованиям А. П. Сергиева, большое влияние на производительность оказывают поперечные волны, обеспечивающие знакопеременные горизонтальные перемещения сыпучей среды. Вертикальная составляющая колебаний не является доминирующей в механизме съема металла, но способствует разрыхлению и перемешиванию сыпучей среды. При чрезмерном увеличении вертикальной амплитуды колебаний наблюдается относительное замедление съема металла из-за уменьшения времени контакта частиц с обрабатываемой поверхностью (чрезмерное разрыхление) и ухудшается шероховатость поверхности, так как начинает преобладать механизм скалывания, а доля микрорезания уменьшается. Отрыв (подбрасывание) частиц абразива не является обязательным условием существования процесса.

Таким образом, для получения минимальной величины шероховатости поверхности при сохранении достаточно высокой производительности процесса предпочтительными будут круговые колебания в горизонтальной плоскости. Этого можно добиться при использовании маятниковых вибромашин, сообщающих рабочей камере пространственные маятниковые колебания. При этом обеспечивается безударное взаимодействие компонентов рабочей среды.

Вторая глава посвящена методике проведения исследований.

Исследования проводились на экспериментальной установке (см. рисунок 1), разработанной на основе патента Сергиева АП., реализующей метод пространственных маятниковых колебаний, и позволяющей в широком диапазоне изменять конструктивные и технологические параметры.

В ходе исследований влияния амплитуды на состояние поверхности обрабатываемых деталей, было сделано предположение об отрицательном воздействии верти-Рисунок 1 - Принципиальная схема калькой составляющей амплитуды на экспериментальной установки шероховатость.

(без узла привода) С целью устранения кинематической

Ьррабочая камера; 2-динамический связи между горизонтальной и вертикаль-балансир; 3 - статический балансир; ной составляющей амплитуды был изме-

4 - диафрагма; 5 - водило. нен узел водила, который позволил менять

горизонтальную составляющую амплитуды независимо от угла наклона оси камеры, то есть устанавливать вертикальную составляющую амплитуды на любое за-

данное значение или изменить угол наклона оси, не изменяя горизонтальной составляющей амплитуды.

Модернизация узла водила позволила при проведении экспериментальных исследований варьировать следующие факторы: амплитуду колебаний (А), которая выставлялась с помощью полозьев водила, в интервале от 25 до 35 мм, угловую скорость (со), которая изменялась ступенчато за счет съемных шкивов от 27,02 до 31,73 рад/с и задавалась числом оборотов приводного вала (п) от 258 до 303 об/мин, а также высоту подвеса диафрагмы (h), конструктивно связанную с углом наклона оси камеры и изменявшуюся в интервале от 340 до 390 мм.

В качестве абразивного наполнителя использовалась предварительно обкатанный диабаз грануляцией 2... 10 мм, объемом 2 дм3.

В качестве рабочей жидкости использовался двухпроцентный водный раствор кальцинированной соды который заливался в каждом эксперименте в

объеме 1 дм3 из заранее приготовленной емкости.

Для экспериментов использовались плоские образцы квадратной формы толщиной 1 мм и размером 12x12 мм из стали 45, латуни Л70 и отожженной латуни Л68. В каждом эксперименте использовались образцы одинаковой исходной шероховатости поверхности, что достигалось их совместной предварительной обработкой.

Длительность каждого опыта составляла 5 минут и фиксировалась секундомером, с точностью ±3 секунды.

Производительность процесса оценивалась величиной съема металла в единицу времени с 10 образцов каждой серии, суммарной массой около 20 г и суммарной поверхностью ~ 28.8 см2. Взвешивание образцов производилось до и после обработки на аналитических весах 2-го класса «Sartorius».

С целью сопоставления режимов обработки при отработке технологических процессов на деталях-представителях, а также для экспресс-анализа образцов во время экспериментов вместо субъективного визуального сравнения был спроектирован и изготовлен прибор, основанный на отражательной способности исследуемой поверхности (см. ри-Рисунок 2 - Принципиальная схема прибора для сунок 2).

экспресс-анализа образцов с нерегулярной ше- Для количественной оцен-роховатостью ки шероховатости использовался

1 - стабилизатор напряжения источника све- Двойной электронный микроскоп та; 2-источниксвета; 3-объектив; 4-под- Axiovert 25 фирмы Zeiss, осна-ставка для образца; 5 - образец; б - фоторе- щенный модулем цифровой ка-зистор; 7— стабилизатор напряжения у сили- меры. теля; 8—усилитель; 9—микроамперметр; 10— диафрагма.

Третья глава посвящена теоретическим исследованиям съема металла и формирования шероховатости поверхности.

Процесс съема металла при виброабразивной обработке осуществляется с помощью трех механизмов: истирания, микрорезания и скалывания.

При чистовых режимах виброабразивной обработки, требующих малой величины шероховатости поверхности необходимо обеспечить преобладание механизма съема металла от истирания.

Процесс микрорезания будет осуществляться при вполне определенном соотношении сил, действующих на единичное абразивное зерно, в то время как процесс истирания (изнашивания) осуществляется при наличии любых сил, действующих на единичное зерно, а соотношение этих сил будет определять лишь интенсивность съема металла.

Внешняя сила Р с продольной составляющей Ра срезающей стружку, и нормальной составляющей Ру, прижимающей абразивное зерно к обрабатываемой поверхности, действует под произвольным углом встречи X на абразивную гранулу, взаимодействующую с поверхностью через единичное зерно, вследствие чего совершается поступательное движение.

В случае, когда соотношение Ру/Р2 не обеспечивает процесс микрорезания, происходит съем металла истиранием, а при значительном преобладании силы Ру над силой Р2 происходит упрочнение поверхности обрабатываемого материала за" счет пластического деформирования поверхностных слоев при полном отсутствии съема металла или скалывание, при обработке хрупких материалов.

Минимальное значение фактического угла резания, начиная с которого истирание является доминирующим механизмом съема металла, составит при величине динамического коэффициента трения Величина фактического угла резания у определяется свойствами абразивного наполнителя, а истирание становится доминирующим механизмом съема металла при значительном затуплении вершин зерен, то есть при использовании хорошо обкатанного износостойкого мелкозернистого наполнителя.

Поскольку все направления взаимодействия абразивной частицы и обрабатываемой детали равновероятны, то эффективная зона приложения силы Р, обеспечивающая преобладание механизма истирания, определяется пространственным конусом с углом между образующей и нормалью, находящимся в интервале:

7С/4 йХ< тс/2; О)

Таким образом, интенсивность процесса истирания зависит от величины внешней силы Р и угла атаки

Число соударений в единице объема за единицу времени будет качественно определяться следующим выражением:

К = С'-У„ (2)

где К — число соударений; с! — средний диаметр частицы; \ — число частиц в единице объема; V,, — скорость частицы; С' - коэффициент пропорциональности.

Считая, что при каждом соударении происходит некоторый съем металла, получим, что производительность съема металла от истирания зависит от количе-

ства соударений К, или, исходя из формулы (2) пропорциональна величине скорости Уч. Величина средней относительной скорости будет пропорциональна мгновенной линейной скорости колебательного движения, т.е. производительность процесса съема металла от истирания пропорциональна величине ю • А:

где ^ - коэффициент пропорциональности; А - амплитуда вибрации, мм; <в — частота вибрации, рад/сек.

Производительность при микрорезании определяется формулой:

г-г Р.-"1* Ю>'АР.

М = С-

(4)

S* 2

где М - съем металла, г/час; fv - плотность металла, г/см3; тч - масса частицы, г; Ар —рабочая амплитуда, мм; юр— угловая скорость, рад/сек; S*- истинное сопротивление разрыву, МПа; С - постоянная.

Поскольку все величины (материал деталей, состав наполнителя и рабочей жидкости), входящие в формулу (4), кроме Ар и <ар являются постоянными в каждом конкретном случае, то можно утверждать, что производительность микрорезания характеризуется величиной ю* -А*, т.е. кинетической энергией единичного

удара.

Интенсивность процесса скалывания, согласно исследованиям Бурштейна И.Е., Балицкого В.В., Духовского АФ. и др., определяется, с некоторым коэффициентом пропорциональности, произведением количества соударений, в единицу времени и кинетической энергии единичного удара, а значит, исходя из (2), (3) и (4), пропорциональна величине toj • Aj.

Так как в процессе съема металла в различном соотношении присутствуют все три механизма: истирание, микрорезание и скалывание, то для определения зависимости съема металла, как функции от амплитуды и частоты целесообразно в качестве исходной функции принять многочлен вида:

М = F(A,o¡>) = С0 + С, А© + С2А V + С,А V; (5)

Основываясь на существенных различиях в функциях зависимости съема металла от амплитуды и частоты, полученных при равных значениях виброскорости, было сделано предположение о влиянии рабочей частоты колебаний на механизм съема металла, то есть в различных диапазонах технологических параметров может преобладать разный механизм съема металла.

Для проверки этого предположения были построены математические модели для различных диапазонов технологических параметров.

Съем металла возможен только при соблюдении условия:

А-юг> g; (6)

где g=9,8 м/с2 - ускорение свободного падения.

При возрастании виброускорения происходит качественное измене-

ние свойств слоя сыпучего материала, связанное с отрывом частиц друг от друга и от вибрирующих поверхностей, передающих колебание сыпучей среде. Сыпучая среда при этом переходит в состояние интенсивного виброперемешивания (виброкипения), что было экспериментально доказано В.А Членовым и Н.В. Михайло-

вым. На основании условия (6) были определены величины амплитуд и частот, при которых съем металла равен нулю.

В результате получены математические модели вида (5) для различных частот: При со=21,1 рад/с имеем:

М= Р(А,оз) = -0,217+0,579Аю -0,279А2юг + 0,081А3ш3;

При

М = F(A,cd) = -0,035 + 0,040А© +0.217А V -0.049AV;

(7)

(8) (9)

При ю=41,1 рад/с имеем:

М = F(A,(o) = 0,041 -0,308Aw + 0,549А2<о2 -0,123А3ю3; При со =63,4 рад/с имеем:

М = F(A,cd) = 0,039-0,423Аи + 0.934AV-0.303AV; (10)

Если проанализировать математические модели (7-10), то можно сделать вывод о том, что при различных рабочих частотах меняется механизм съема металла.

При низких часто -тах преобладает съем металла от истирания (коэффициент Cj при Аю больше), с повышением частоты доля истирания в общем съеме металла уменьшается, но повышается доля микрорезания (см. рисунок 3).

Аналогичная зависимость выявляется при анализе моделей с изменением частоты при постоянных амплитудах.

иетирамо мнфораэ»*« кэть*»»

Мвсамм съема металла

Рисунок 3 - Изменение доли механизмов съема металла в зависимости от рабочей частоты (со) ■ и = 21,1 рад/с ни = 27,6 рад/сои = 41,1 рад/сои = 63,4 рад/с

С повышением амплитуды доля истирания уменьшается, а доля микрорезания растет.

Таким образом, установлено, что механизм истирания является доминирующим при амплитуде от 5 до 45 мм и частоте от 200 до 300 об/мин.

Из допущения, что единичная царапина имеет форму равнобедренного треугольника с глубиной Ъ и шириной Ь, с углом при вершине равным фактическому углу резания у получим, что:

Ь Е. Р.

h =

2-tgy 2-1-tgy 2-сг, -1-tgy'

(11)

Длину царапины 1 единичных отпечатков целесообразно считать пропорциональной отношению сил Р2 и Ру, тогда:

1 = Ь

Р.'

(12)

Из (11) и (12) получим:

^ ' ( )

Принимая среднюю линию шероховатости равную Ь/2, и И.а = 0,251^, из формулы (11), подставив в нее значение Ъ из (13), получим:

Считая Р=тч-А-<»2, из выражения (14) можно определить минимальное достижимое значение шероховатости при истирании. Расхождение расчетных и экспериментальных значений Иа не превышает 15%.

В четвертой главе исследуется процесс перемешивания частиц абразива во время обработки, зависимость шероховатости поверхности и производительности обработки от угла наклона стенки камеры, влияние конструктивных и технологических параметров на шероховатость поверхности и производительность обработки, проводится оптимизация параметров формирования шероховатости поверхности, исследуется процесс образования микронеровностей.

Известно, что незначительные отклонения амплитуд на различных концах вибрационных машин (виброуклон), в частности вибромельниц с горизонтальным расположением камер, вызывает расфракционирование среды, а при виброабразивной обработке приводит к разделению деталей и абразива в различных участках камеры. Ввиду того, что процесс виброабразивной обработки в пространственных маятниковых вибромашинах проходит с большим перепадом амплитуд по высоте камеры, а время обработки не превышает 5-8 минут, процесс послойного перемешивания частиц абразива может не успеть начаться, и расфракционирова-ние среды может сделать невозможной обработку.

С целью исследования интенсивности послойного перемешивания частиц абразива, уже на первых минутах обработки в пространственных маятниковых вибромашинах, была проведена серия экспериментов.

В качестве абразивного наполнителя использовались гранулы предварительно обкатанного диабаза и обкатанные абразивные гранулы ПТ-15 со средним диаметром 10 мм, белого, красного и черного цветов, насыпной плотностью 1,6 г/см3

В цилиндрическую камеру гранулы засыпались по счету послойно: нижний слой - белые, средний слой — красные и верхний слой — черные. Суммарный объем абразива составил требуемую величину 2 дм3. Было проведено три выборки через 2, 5 и 7 минут соответственно. Во время выборки абразивные гранулы вынимались послойно, начиная с самого верхнего слоя 1 до нижнего слоя 6. После каждой выборки абразив вновь послойно закладывался в камеру в первоначальном порядке. Результаты выборки подчиняются закону Гаусса (нормального распределения). Нормальное распределение результатов, в свою очередь, означает, что при обработке существует интенсивное послойное перемешивание частиц абразива по высоте загрузки, а значит, за время обработки детали успеют побывать во всех слоях абразива.

Для того, чтобы определить влияние величины угла наклона периферийной стенки рабочей камеры на производительность обработки и величину

шероховатости поверхностей обрабатываемых деталей, в условиях применения жесткого водила, была проведена серия экспериментов с использованием рабочих камер трех форм: цилиндрической, конических с углом наклона периферийной стенки камеры а=5° и с углом наклона стенки а=10°.

Амплитуда (А), высота подвеса диафрагмы ф), объем абразива (Уа) и объем жидкости (V») были приняты постоянными и равными соответственно: А=35 мм; h=340 мм; Уа=2 дм3; Уж=1 дм3; при частотах вращения приводного вала (п) 303 об/мин и 258 об/мин.

Эксперимент показал, что наибольшая производительность обеспечивается при обработке в цилиндрической камере. Это объясняется тем, что при использовании конических камер происходит уменьшение линейной скорости по высоте камеры. Возникновение дополнительной зоны торможения в конических камерах на производительность обработки влияет незначительно.

Снижение производительности при увеличении угла наклона периферийной стенки рабочей камеры можно также объяснить, рассмотрев действующие на загрузку силы. При обработке в конических камерах происходит увеличение горизонтальной составляющей Р*. которая противодействует центробежной силе Р„ и уменьшение вертикальной составляющей этой же силы способствующей разрыхлению рабочей среды, что и вызывает снижение интенсивности обработки.

В ходе исследований влияния угла наклона стенки камеры на шероховатость поверхности обрабатываемых деталей (на примере образцов из стали 45 и латуни Л70) было установлено, что меньшую шероховатость поверхностей обрабатываемых деталей можно получить при обработке в цилиндрической камере.

Это можно объяснить отрицательным влиянием на шероховатость обрабатываемых деталей дополнительных зон торможения, возникающих в конических камерах.

Таким образом, и с точки зрения производительности и с точки зрения шероховатости, предпочтительна камера с углом наклона периферийной стенки Поэтому дальнейшие эксперименты проводились с использованием рабочей камеры цилиндрической формы.

Исследование влияния основных конструктивных и технологических параметров на производительность обработки выполнено по плану полного факторного эксперимента с последующим регрессионным анализом математической модели.

Эксперименты проводились по описанной выше методике. Производительность, принятая в качестве параметра оптимизации, оценивалась съемом металла, в г/час. В качестве исследуемых факторов были выбраны следующие параметры обработки: амплитуда колебаний (радиус водила) А, мм; высота подвеса диафрагмы ^ мм; Хэ - частота вращения приводного вала п, об/мин. Уровни и интервалы варьирования факторов приведены в таблице 1.

На основании результатов экспериментов были получены уравнения функции отклика: для стали 45:

У1 = М1 = 0,0708 + 0,0255-Х] + 0,0054-х2 + 0,0285х3 + 0,0069-хгх2 + (15) + 0,0015-хгхз + 0,0045 х2х3+ 0,01 14хгх2-х3;

для латуни Л70:

у2 = М2 = 0,0971 + 0,0395-Х] + 0,0122-х2 + 0,047-х3 + 0,014-х,-х2 + (16)

+ 0,0242-х,-хз + 0,0095-х2-х3 + 0,0113-х,-х2-хз; для отожженной латуни Л68:

уз = М3 = 0,1214 + 0,0488-х, + 0,0155х2 + 0,0593-х3 + 0,0131-х,-х2 + (17) + 0,0311-х,-х3 + 0,0092-х2-хз + 0,0152-х,-х2-хз;

Таблица 1

Факторы Уровни факторов Интервал варьирования

Мш (-1) Средний (0) Мах(+1)

х, (А, мм) 25 30 35 5

х2 (Ъ, мм) 340 365 390 25

Хз (п, об/мин) 258 281 303 22

С целью упрощения функции отклика сначала было решено отбросить малозначимые тройные произведения факторов. Однако, получившаяся в результате, математическая модель неадекватна вследствие отрицательного теоретического съёма металла.

Для анализа этого явления первоначальная матрица была разбита на два варианта. Первый вариант выполнялся исходя из того, что фактор Хз (частота вращения) постоянен. При втором варианте в качестве постоянного принимался фактор (высота точки подвеса).

В качестве окончательных, были выбраны матрицы, при h=390 мм. А уравнения регрессии приняли вид: для стали 45:

у, = М, = 0,0762 + 0,0324-Х! + 0,033-х3 + 0,0264-х,-х3; (18)

для латуни Л70:

у2 = М2 = 0,1092 + 0,0534-х, + 0,0564-х3 + 0,0354-х,-х3; (19) для отожженной латуни Л68:

Уз = Мз = 0,1368 + 0,0618-х, + 0,0684-Хз + 0,0462-х,-х3; (20) Проверка адекватности моделей осуществлялась по критерию Фишера и показала их адекватность. Оценка значимости коэффициентов по критерию Стью-дента подтвердила значимость всех коэффициентов.

После перехода к натуральному выражению исследуемых факторов было получено: для стали 45:

у, = М, = 1,4835 - 0,061 -А - 0,0057-п + 0,00024-А-п; (21)

для латуни Л70:

у, = М, = 1,7813 - 0,0797-А - 0,0070-п + 0,00032-А-п; (22)

для отожженной латуни Л68:

у, = М, = 2,433 - 0,1057-А - 0,0095-п + 0,00042-А-п; (23)

M, г/ч

По математическим моделям (21)-(23) были построены графики зависимости съема металла от амплитуды при различной высоте подвеса диафрагмы и частоте вращения приводного вала (см. рисунок 4). Аналогичные зависимости были получены для латуни Л70 и отожженной латуни Л68.

Как видно из рисунка 4, с увеличением амплитуды и частоты, величина съема металла п, об/мин увеличивается. 7А,мм Кроме того, производитель-

Рисунок 4 - Зависимость съема металла от ность обработки зависит от мате-амплитуды приразличной частоте (п) и риала образцов. Чем материал бо-высоте подвеса диафрагмы h = 390мм лее пластичен, тем больше величи-для образцов из стали 45 на съема металла.

Однако влияние высоты подвеса диафрагмы (h) тоже существенно. Эта высота конструктивно связана с углом наклона оси рабочей камеры, а, следовательно, с вертикальной составляющей амплитуды:

А, = d • sin (arctg (A/h)) / 2; (24)

где d - диаметр дна рабочей камеры, d=210 мм.

ц г/ч-----, На рисунке 5 приведены

графики зависимости съема металла от вертикальной составляющей амплитуды для различных материалов обрабатываемых деталей и частоты вращения Аналогичные зависимости были получены для частоты

Как видно из рисунка 5, при увеличении вертикальной составляющей амплитуды величина съема металла в единицу времени увеличивается.

Вторым параметром оптимизации при проведении полного факторного эксперимента была принята величина шероховатости поверхности. Эксперименты проводились на образцах из латуни JI70. Шероховатость поверхности оценивалась величиной Ra (мкм), являющейся функцией отклика (у').

6,5

7,5

8,5

9,5 Дв, мм

Рисунок 5 - Зависимость съема металла от вертикальной составляющей амплитуды (А,) при частоте п=303 об/мин и различной высоте

-- отожженная латунь Л68

С целью упрощения функции отклика было решено разбить исходную матрицу на две, при постоянных угловых скоростях со. В качестве факторов были приняты виброскорость У=А-а>, м/с, и высота точки подвеса Ь, мм, (см. таблицу 2), что позволило получить два уравнения функции отклика: для со=27,02 рад/с:

у' = Яал = 2,47 + 0,79-Х! + 0,43 х2 + 0,42 x1 -х2; (25)

для со=31,73 рад/с:

у' = Лал = 3,32 + 1,36X1 + 0,37-х2 + 0,36-хгх2; (26)

Таблица 2

Уровни и интервалы варьирования факторов_

Факторы Уровни факторов Интервал Варьирования

Мп(-1) Средний (0) Мах (+1)

для ю=27,02 рад/с

XI - У=Асо, м/с 0,675 0,8105 0,946 0,1355

х2 - Ь, мм 340 365 390 25

для ю=31,73 рад/с

X] - У=Аю, м/с 0,793 0,952 1,111 0,159

х2-Ь,мм 340 365 390 ______25

Была проведена проверка воспроизводимости опытов по критерию Кохрена, адекватности математических моделей по критерию Фишера и значимости коэффициентов по критерию Стьюдента.

После перехода к натуральному выражению исследуемых факторов уравнение (25) приняло вид:

у' = Яал = 28,145 - 39,424-А со - 0,0833-И + 0,123985-АсоЬ; (27) а уравнение (26) приняло вид:

у' = Яал = 21,245 - 24,503-А-со - 0,0714-Ь + 0,090566-А-ю-Ь; (28)

На основании уравнений (27) и (28) были построены графики зависимости шероховатости поверхности от виброскорости (V) при различной высоте точки подвеса Ь и угловой скорости ю=27,02 рад/с (см. рисунок 6). При получены аналогичные зависимости.

Как видно из графика, с увеличением виброскорости значение параметра шероховатости поверхности увеличивается. Поэтому движение по градиенту было проведено в сторону уменьшения виброскорости юагом 0,053 м/с

„ . , „„ для (0=27,02 рад/с; и 0,039 м/с для

поверхности (Ка) от виброскорости (V) при щ-3] 73 рад/с

мкм 1.6 1,4

1,2 1

0,8 0,6 0.4 0.2 0

рисунке

На график

шероховатости вертикальной амплитуды А,

7 приведен зависимости поверхности от составляющей Как видно из

5,5

6,5

Ав, мм

рисунка 7 с увеличением высоты точки подвеса h величина шероховатости поверхности уменьшается, а с увеличением вертикальной составляющей амплитуды значение параметра шероховатости поверхности увеличивается.

Таким образом, подтвердилось предположение об отрицательном влиянии вертикальной составляющей амплитуды на шероховатость поверхности.

Рисунок 7 - Зависимость шероховатости поверхности от вертикальной составляющей

амплитуды при а =31,73 рад/с. Тонкие — при постоянной высоте подвеса И: 1 - 390 мм; 2 - 365 мм; 3 - 340 мм;

Толстые — при постоянной виброскорости V: ......¥=0,676м/с;---- У=0,715 м/с;

--V =0,754м/с.

Для решения задачи оптимизации параметров формирования шероховатости использовался метод построения функции желательности по Харрингтону.

В качестве критериев оптимизации были приняты величина съема металла в единицу времени, т.е. производительность процесса (уО и величина шероховатости поверхности

Обобщенная функция желательности по Харрингтону была получена в виде зависимости от критериев

у, = [ехр(-ехр(1,134 -10,779 • у,))]0'

[ехр(-ехр(-3,362 + 0,82 • у,))]"; (29)

Графически полученная зависимость (29) представлена на рисунке 8.

Границей допустимых значений обычно принято считать значение функции желательности равное уз=0,37 (37%).

Для интервала конструктивно-технологических параметров, в котором проводились экспериментальные исследования, (в котором доминирует механизм съема от истирания) оптимальными будут значения критериев у! =0,0708 и для которых обобщенная функция желательности Харринг-тона принимает наибольшее значение (уз=50,4%).

На основании формул из главы 4 можно определить конструктивно -технологические параметры обработки, которые необходимо выдерживать для достижения требуемой шероховатости поверхности для деталей из Л70 в исследуемом диапазоне.

Предложенная методика оптимизации может быть применена и для других обрабатываемых материалов и, в процессе производственного освоения, позволит создать необходимый банк данных для назначения технологических режимов обработки.

В пятой главе изложено описание и принцип работы опытно-промышленной машины; разработан технологический процесс чистовой виброабразивной обработки на основе проведенных исследований.

В соответствии с результатами проведенных исследований была разработана и изготовлена опытно-промышленная установка для чистовой виброабразивной обработки, а также получены следующие технологические рекомендации:

- Оптимальными режимами виброобработки для достижения минимальной шероховатости поверхности являются амплитуда от 5 до 45 мм и частота от 200 до 300 об/мин.

- Угол наклона оси рабочей камеры не должен превышать 5°.

- В качестве рабочей жидкости предпочтительно применение двухпроцентного раствора кальцинированной соды.

- В качестве абразивного наполнителя - хорошо обкатанного мелкозернистого диабаза (грануляцией 2... 5 мм).

- Продолжительность обработки устанавливается отработкой по типовой детали-представителю и, в среднем, составляет не более 5-8 мин, в зависимости от материала обрабатываемых деталей и требований к шероховатости поверхности.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В результате выполнения комплекса экспериментально-теоретических исследований установлено, что в различных диапазонах изменения > конструктивно-технологических параметров вибромашин доминируют разные механизмы съема металла.

2. Путем анализа математических моделей производительности обработки, разработанных для различных диапазонов конструктивно-технологических параметров, установлено доминирующее влияние механизма съема металла от истирания, обеспечивающего получение минимальной шероховатости поверхности, в диапазоне амплитуд 5...45 мм и частот 200...300 об/мин. В этом диапазоне конструктивных и технологических параметров целесообразно проектировать вибромашины для чистовой обработки.

3. Вибромашины для предварительной (обдирочной) обработки целесообразно проектировать в диапазоне амплитуд от 50 до 65 мм и частот от 300 до 800 об/мин, когда в общем съеме металла преобладает механизм съема металла от микрорезания, обеспечивающий интенсификацию процесса, при шероховатости Ra 6,3...3,2 мкм.

4. Получена аналитическая зависимость минимальной достижимой шероховатости от характера взаимодействия абразивной гранулы с обрабатываемой по-

верхностью и физико-механических свойств материала детали. Расхождение расчетных и экспериментальных значений Ra не превышает 15%.

5. Подтверждена возможность получения шероховатости Ra 1,6 мкм при сохранении достаточно большой производительности чистовой отделочно-зачистной обработки мелкоразмерных деталей (съем металла 0,3 г/ч, при штучном времени обработки от 0,0002 мин до 0,025 мин).

6. Установлено, что минимальная шероховатость поверхности обеспечивается в рабочей камере цилиндрической формы, угол наклона оси рабочей камеры не должен превышать 5°, водило должно быть жестким, обеспечивающим независимое регулирование горизонтальной и вертикальной составляющих амплитуды, динамический балансир должен находиться ниже центра тяжести подвижных частей вибромашины.

7. Путем анализа математических моделей и результатов экспериментов по съему металла и формированию шероховатости поверхности в диапазоне доминирования механизма истирания установлено: при увеличении вертикальной составляющей амплитуды в 1,3 раза происходит увеличение параметра шероховатости в 2...3 раза; при увеличении частоты вращения приводного вала от 200 до 300 об/мин производительность процесса возрастает в 2,5...3,5 раза при незначительном увеличении параметра шероховатости с Яа 1,6 до Ra 1,9 мкм.

8. Методом многокритериальной оптимизации определено оптимальное сочетание съема металла и шероховатости для латуни Л70, которое обеспечивается при значении радиуса водила 25 мм и частоты 300 об/мин. Предложенная методика может быть применена для других обрабатываемых материалов.

9. Разработан прибор для экспресс-анализа образцов с нерегулярной шероховатостью поверхности, основанный на рефлектометрическом методе.

10. В соответствии с разработанными рекомендациями по выбору конструктивно-технологических параметров пространственных маятниковых вибромашин для чистовой виброабразивной обработки мелкоразмерных деталей, спроектирована и изготовлена опытно-промышленная установка.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕДИССЕРТАЦИИ

1. Сергиев АП., Марченко Ю.В., Макаров А.В., Александров А.В., Медведев Р.В., Шаповалов АИ., Швачкин Е.Г. Отдел очно-зачистная обработка в свободных абразивных средах методом пространственных маятниковых колебаний. // Вопросы проектирования, эксплуатации технических систем в металлургии, машиностроении, строительстве. Сборник трудов международной научно-технической конференции в г. Старый Оскол, ч.И., Старый Оскол, 1999, с. 3-5.

2. Сергиев А.П., Александров АВ., Марченко Ю.В., Макаров А.В., Медведев Р.В., Шаповалов А.И. Воздействие вертикальной составляющей амплитуды на качество поверхности обрабатываемых деталей. // Сборник трудов международной научно-технической конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения" "Технология 2000" ч.П - Орел, 2000, С. 191-193.

3. Сергиев А.П., Медведев Р.В., Макаров А.В., Александров А.В., Марченко Ю.В., Шаповалов А.И. Динамическая балансировка центробежной машины. // Сборник трудов международной научно-технической конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения" "Технология 2000" ч.П - Орел, 2000, С. 194-198.

4. Сергиев АП., Марченко Ю.В., Макаров АВ., Александров А.В., Медведев Р.В. Особенности отделочно-зачистной обработки в свободных абразивных средах методом пространственных маятниковых колебаний. // Вестник машиностроения, М, 2001, №1 - с.51-52.

5. Сергиев А.П., Медведев Р.В., Макаров А.В., Александров А.В., Марченко Ю.В., Шаповалов АИ. Особенности динамических центробежных машин для отделочно-зачистной обработки. // Вестник машиностроения, М, 2001, №12 - с.П-13.

6. Сергиев А.П., Шаповалов АИ., Александров А.В., Медведев Р.В., Макаров АВ., Марченко Ю.В. Расчет динамической балансировки установок для отделочно-зачистной обработки, использующих закон конического маятника. // Вестник машиностроения, М, 2002, №1 - с. 10-11.

7. Александров А.В. Влияние конструктивно-технологических параметров на производительность и шероховатость при обработке в маятниковых вибромашинах. // Вибрации в технике и технологиях, Винница, 2002, №4(25), с.63-66.

8. Сергиев А.П., Марченко Ю.В., Александров А.В. Исследование динамики маятниковой вибрационной машины. // Вестник машиностроения, М, 2002, №9 -с.17-19.

Отпечатано в ГУП Старооскольская типография. Заказ № 1892. Подписано в печать 30.04.2004г. Тираж 100 экз. 309530, Белгородская обл., г. Старый Оскол, ул. Калинина, 2а.

P1Ö202

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Оборудование для вибрационной отделочно-зачистной 8 обработки

1.2 Основные параметры, влияющие на качество поверхностного 21 слоя и производительность при виброабразивной обработке

1.3 Влияние формы траектории колебаний на производительность 25 процесса и величину шероховатости поверхности

1.4 Цель и задачи исследований

2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 План проведения исследований

2.2 Общая методика проведения экспериментальных исследований 34 и экспериментальное оборудование

2.3 Обработка экспериментальных данных

2.4 Методы качественной и количественной оценки шероховатости 43 и разработка прибора для оценки шероховатости поверхности образцов, обработанных в свободных абразивных средах

3 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЪЕМА МЕТАЛЛА И ФОРМИРОВАНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ

3.1 Механизм съема металла и формирования шероховатости при 51 взаимодействии свободной абразивной частицы с обрабатываемой поверхностью

3.2 Кинетическая теория виброабразивной обработки

3.3 Влияние виброскорости на механизм съема металла при 78 виброабразивной обработке

3.4 Формирование шероховатости поверхности при 93 виброабразивной обработке в свободных абразивных средах

Выводы по главе

4 ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

4.1 Исследование процесса перемешивания частиц абразива во 99 время обработки

4.2 Исследование зависимости шероховатости поверхности и 106 производительности обработки от угла наклона стенки камеры

4.3 Влияние конструктивных и технологических параметров на 114 шероховатость поверхности обрабатываемых деталей и производительность обработки

4.4 Оптимизация параметров формирования шероховатости

4.5 Экспериментальное исследование процесса образования 137 микронеровностей

Выводы по главе

5 ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ

5.1 Описание и принцип работы опытно-промышленной машины

5.2 Разработка технологических процессов виброабразивной 149 обработки

5.3 Отработка предложенной технологии в промышленных 151 условиях

Одной из наиболее важных задач машиностроения шляется повышение надежности и долговечности деталей машин и инструментов. Эксплуатационные свойства деталей машин во многом зависят от состояния поверхностного слоя: физико-механических свойств, остаточных напряжений, ^ шероховатости, поэтому требования к качеству поверхностей деталей постоянно повышаются.

Доля шлифовальных, зачистных, полировальных и других финишных методов обработки возрастает, однако многие операции отделочно-зачистной обработки мелкоразмерных деталей выполняются с использованием ручного труда.

Сопоставление различных методов обработки мелкоразмерных дета* лей показало, что наиболее перспективным и производительным методом отделочно-зачистной обработки (030) является виброабразивная обработка в свободных абразивных средах.

Однако ее широкое внедрение сдерживается появлением локальных побитостей на деталях от их взаимного соударения, при использовании режимов обработки, обеспечивающих высокую производительность процесса за счет увеличения амплитуды и частоты колебаний.

В настоящее время отсутствуют отработанные конструктивные реше-^ ния пространственных маятниковых вибромашин, поэтому определение рациональных конструктивных и технологических параметров чистовой виброабразивной обработки мелкоразмерных деталей в пространственных маятниковых вибромашинах, обеспечивающих получение минимальной шероховатости поверхности, с одновременным значительным сокращением технологического времени обработки, и разработка оборудования для их реализации, является своевременной и актуальной задачей.

Целью данной работы является снижение параметра шероховатости, 41 при сохранении высокой производительности процесса чистовой виброабразивной обработки мелкоразмерных деталей в пространственных маятниковых вибромашинах, путем определения рациональных конструктивных и технологических параметров.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать характер формирования шероховатости поверхности при обработке в свободных абразивных средах методом пространственных маятниковых колебаний.

2. Исследовать влияние конструктивных и технологических параметров маятниковых вибромашин на качество поверхности обрабатываемых деталей и производительность обработки для данного типа машин.

3. Разработать адекватные математические модели съема металла и формирования минимальной величины шероховатости поверхности.

4. Установить функциональные связи между конструктивными параметрами маятниковых вибромашин и величиной шероховатости поверхности.

5. Разработать рекомендации по созданию вибромашин, расширяющих технологические возможности процесса, для чистовой виброабразивной обработки.

Теоретическое исследование базируется на использовании соответствующих разделов технологии машиностроения, теории вероятностей, дифференциальных уравнений, математической статистики и математического моделирования на персональном компьютере.

Экспериментальные исследования проводились на экспериментальной установке, реализующей метод пространственных маятниковых колебаний, и позволяющей в широком диапазоне изменять конструктивные и технологические параметры, с целью выявления их влияния на производительность процесса и качество поверхности обрабатываемых деталей. Обработка полученных данных и аналитические исследования выполнялись на персональном компьютере.

Научная новизна

1. Установлен рациональный диапазон конструктивно-технологических параметров пространственных маятниковых вибромашин, обеспечивающий минимальную шероховатость поверхности за счет доминирования съема металла от истирания: радиус водила 5.45 мм и частота вращения приводного вала 200.300 об/мин. Методом многокритериальной оптимизации определено оптимальное сочетание съема металла и шероховатости для латуни Л70, которое обеспечивается при значении радиуса водила 25 мм и частоты 300 об/мин.

2. Установлен различный характер влияния горизонтальной и вертикальной составляющих амплитуды на формирование шероховатости поверхности. Увеличение вертикальной составляющей свыше 5 мм оказывает отрицательное влияние на высотные параметры шероховатости.

3. Установлено, что минимальная шероховатость поверхности достигается при обработке в цилиндрической рабочей камере, при жестком водиле, обеспечивающем независимое регулирование горизонтальной и вертикальной составляющих амплитуды и угол наклона оси рабочей камеры

Практическая ценность и реализация результатов работы Разработанная математическая модель позволяет определять соотношения основных конструктивных и технологических параметров машин, использующих пространственные маятниковые колебания, для конкретных производственных условий. На основании исследований была разработана опытно-промышленная вибрационная установка.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В результате выполнения комплекса экспериментально-теоретических исследований установлено, что в различных диапазонах изменения конструктивно-технологических параметров вибромашин доминируют разные механизмы съема металла.

2. Путем анализа математических моделей производительности обработки, разработанных для различных диапазонов конструктивно-технологических параметров, установлено доминирующее влияние механизма съема металла от истирания, обеспечивающего получение минимальной шероховатости поверхности, в диапазоне амплитуд 5.45 мм и частот 200.300 об/мин. В этом диапазоне конструктивных и технологических параметров целесообразно проектировать вибромашины для чистовой обработки.

3. Вибромашины для предварительной (обдирочной) обработки целесообразно проектировать в диапазоне амплитуд от 50 до 65 мм и частот от 300 до 800 об/мин, когда в общем съеме металла преобладает механизм съема металла от микрорезания, обеспечивающий интенсификацию процесса, при шероховатости Ка 6,3.3,2 мкм.

4. Получена аналитическая зависимость минимальной достижимой шероховатости от характера взаимодействия абразивной гранулы с обрабатываемой поверхностью и физико-механических свойств материала детали. Расхождение расчетных и экспериментальных значений Яа не превышает 15%.

5. Подтверждена возможность получения шероховатости Яа 1,6 мкм при сохранении достаточно большой производительности чистовой отде-лочно-зачистной обработки мелкоразмерных деталей (съем металла 0,3 г/ч, при штучном времени обработки от 0,0002 мин до 0,025 мин).

6. Установлено, что минимальная шероховатость поверхности обеспечивается в рабочей камере цилиндрической формы, угол наклона оси рабочей камеры не должен превышать 5°, водило должно быть жестким, обеспечивающим независимое регулирование горизонтальной и вертикальной составляющих амплитуды, динамический балансир должен находиться ниже центра тяжести подвижных частей вибромашины.

7. Путем анализа математических моделей и результатов экспериментов по съему металла и формированию шероховатости поверхности в диапазоне доминирования механизма истирания установлено: при увеличении вертикальной составляющей амплитуды в 1,3 раза происходит увеличение параметра шероховатости в 2.3 раза; при увеличении частоты вращения приводного вала от 200 до 300 об/мин производительность процесса возрастает в 2,5.3,5 раза при незначительном увеличении параметра шероховатости с 11а 1,6 до 11а 1,9 мкм.

8. Методом многокритериальной оптимизации определено оптимальное сочетание съема металла и шероховатости для латуни Л70, которое обеспечивается при значении радиуса водила 25 мм и частоты 300 об/мин. Предложенная методика может быть применена для других обрабатываемых материалов.

9. Разработан прибор для экспресс-анализа образцов с нерегулярной шероховатостью поверхности, основанный на рефлектометрическом методе.

10. В соответствии с разработанными рекомендациями по выбору конструктивно-технологических параметров пространственных маятниковых вибромашин для чистовой виброабразивной обработки мелкоразмерных деталей, спроектирована и изготовлена опытно-промышленная установка

1. Бабичев А.П. Вибрационная обработка деталей в абразивной среде. М.: Машиностроение, 1968. -215с.

2. Бабичев А.П. Вибрационная обработка деталей. М.: Машиностроение, 1974. -136 с.

3. A.c. 222186 СССР. Кл. 67а, 23 Вибрационная машина для шлифования, полирования и очистки деталей / Д.Х. Аюкасов, Ю.А. Князев. -Опубл. в Б.И., 1968, №22.

4. A.c. 427840 СССР. Кл. В24в 31/06. Устройство для полирования деталей / B.C. Григорьев, А.Т. Зимин, B.C. Кутяков. Опубл. в Б.И., 1974, №18.

5. A.c. 634915 СССР. Кл. В24в 31/06. Вибрационная установка / А.П. Субач, Г.А. Крустиньш, Я.А Алнис. Опубл. в Б.И., 1978, №44.

6. A.c. 637240 СССР. Кл. В24в 31/06. Способ вибрационной обработки деталей / В.А. Тарасов, Б.Н. Картышев, A.B. Левченко. Опубл. в Б.И., 1978, №46.

7. A.c. 818833 СССР. Кл. В24в 31/06. Виброцентробежная машина для отделки деталей / А.П. Субач, А Я. Лац и ЯЛ. Алнис. Опубл. в Б.И., 1981, №13.

8. A.c. 859125 СССР. Кл. В24в 31/06. Способ вибрационной обработки деталей/А.П. Бабичев, В.Г. Санамян, Г.Д. Коломейцев. Опубл. в Б.И., 1981, №32.

9. A.c. 903089 СССР. Кл. В24в 31/06. Устройство для вибрационной обработки / О.Н. Хаев, М.Д. Афонин. Опубл. в Б.И., 1982, №5.

10. A.c. 931408 СССР. Кл. В24в 31/06. Способ полировки изделий в вибрирующем контейнере / С.П. Маслов, B.C. Евстишенков и др. Опубл. в Б.И., 1982, №20.

11. A.c. 961929 СССР. Кл. В24в 31/073. Многошпиндельный станок для вибрационной отделки поверхностей деталей / А.П. Бабичев, В.Г. Белоглазов и др. Опубл. в Б.И., 1982, №36.

12. A.c. 1454664 СССР. Кл. В24в 31/06. Способ вибрационной обработки / A.A. Берещенко, JIM. Лубенская и др. Опубл. в Б.И., 1989, №4.

13. A.c. 1553348 СССР. Кл. В24в 31/06. Способ вибрационной обработки /М. А. Тамаркин, И.Н. Левин и др. Опубл. в Б.И., 1990, №12.

14. A.c. 1726212 СССР. Кл. В24в 31/06. Способ отделочно зачистной обработки изделий в контейнере / Л.Г. Гольденберг. Опубл. в Б.И., 1992, №14.

15. A.c. 1738613 СССР. Кл. В24в 31/104. Способ абразивной обработки деталей и устройство для его осуществления / В.Н. Чучалин, С.В. Шепелев и др. Опубл. в Б.И., 1992, №21.

16. A.c. 1818200 СССР. Кл. В24в 31/06. Способ вибрационной обработки / P.M. Халимулин, Ф.С. Мухаметгарипов. Опубл. в Б.И., 1993, №20.

17. A.c. 1825714 СССР. Кл. В24в 31/06. Способ вибрационной обработки металлических деталей / К.Г. Казарян, Н.Г. Даниелян и др. -Опубл. в Б.И., 1993, №25.

18. A.c. 2038940 РФ. Кл. В24в 31/06. Способ виброабразивной обработки / Г.В. Литовка. Опубл. в Б.И., 1995, №19.

19. Патент № 905281, Великобритания, 1962г., кл. 60,59,80 (4).

20. Патент № 2.997.813, США, 29/VIII 1961г.

21. Патент № 2.997.814, США, 29/У1П 1961г.

22. Патент № 3032931, США, 1962г., кл. 51-34.

23. Патент № 3093941, США, 1963г., кл. 51-164.

24. Патент № 3071900, США, 1963г., кл. 51-163.

25. Патент № 3148483, США, 1964г., кл. 51-7.

26. Патент № 3093940, США, 1963г., кл. 51-163.

27. Патент № 2973606, США, кл. 51-163.

28. Патент №3157004, США, кл. 51-7.

29. Патент № 3063707, США, кл. 51-163.

30. Патент № 3134207, США, кл. 51-163.

31. Патент № 3037327, США, кл. 51-7.

32. Патент № 2997813, США, кл. 51-7.

33. Патент № 2997814, США, кл. 51-7.

34. Патент № 3148483, США, кл. 51-7.

35. Патент № 3073079, США, кл. 51-163.

36. Патент № DBP1080894, ФРГ, 13.10.1960 г., кл. 67а 23, МПК В24 в.

37. Патент №DBP 1154731, ФРГ, кл. 67а 23, В 24в.

38. Патент № DBP 1080894, ФРГ, кл. 67а 23, В 24.

39. Патент № 1344181, Франция, 1961г., кл. В 24».

40. Патент № 1264058, Франция, 1961г., кл. В23, В 24в.

41. Unidirectional self-separating finishing machine// USA Patent #3073082, Jan. 15, 1963.

42. Проспекты фирмы Roto-Finish (Британская промышленная выставка 1966 г., Москва).

43. Каталог фирмы Roto-Finish Limited, England, 1966. 57С.

44. Наладка и эксплуатация станков для вибрационной обработки / А.П. Бабичев, Т.П. Рысева, В.А. Самадуров, М.А. Тамаркин. М.: Машиностроение, 1988. - 64 с.

45. Automated vibratory finishing of transmission valves // Machinery, 1962, voLlOl, №2594.

46. Improvements in and relating to vibro-gyratory finishing machines/ Patent Specification #1267971, 15 Feb., The patent office, London.

47. New roto-finish vibratory-type finishing process. // Mashinery, 1959, 95, №2438, p. 174-175.

48. Малкин Д.Д. Новые вибрационные обрабатывающие и загрузочные устройства//Часы и часовые механизмы. М., 1964, №6(147), - С. 20-30.

49. Малкин Д.Д. Вопросы теории новых вибрационных обрабатывающих устройств. // Вибрационная обработка: Материалы семинара, М., 1966. — С. 3-22.

50. Малкин Д. Д. Конструирование и расчет объемных виброобрабатывающих устройств.// Вибрационная обработка: Материалы семинара, М., 1966. - С. 23-46.

51. A.c. 139001 AI СССР Кл. В24в 31/00,31/10,1/104. Устройство для обработки деталей свободным абразивом / Андилахай A.A., Сергиев А.П. -Опубл. в Б.И., 1988, №15.

52. A.c. 1520772 AI СССР Кл. В24в 31/067. Способ вибрационной обработки Сергиева и устройство для его осуществления. /А.П. Сергиев и Др./

53. Патент 1715560 РФ Кл. В24 В 31/027 Способ отделочной обработки и устройство для его осуществления / Сергиев А.П.

54. Марченко Ю.В. Оптимизация конструктивных и технологических параметров отделочной обработки в свободных абразивных средах на машинах с пространственными маятниковыми колебаниями: Дис. канд. тех. наук- Тула, 2001 г., 187 с.

55. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. М.: Машиностроение, 1987, 328 с.

56. Технология машиностроения: В 2 т. Т1. Основы технологии машиностроения: Учебник для вузов /В.М. Бурцев, A.C. Васильев, А.М. Дальский и др.; под ред. A.M. Дальского. М: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1998,-564 с.

57. Объемная вибрационная обработка / Бурпггейн И.Е., Балицкий В.В., Духовский А.Ф. и др. M., 1977. - 107 с. /ЭНИМС/.

58. Венцкевич Г. Влияние геометрических параметров абразивных гранул на эффективность процесса шлифования в вибрирующих резервуарах, Ворошиловград, 1985 г

59. Пшеничный О.Ф. Исследование технологических характеристик способа финишной обработки наружных сложно-профильных поверхностей вращения абразивом, уплотненным инерционными силами. — Дне. канд. т.н. 05.02.08; утв. 09.11.83. Пенза, 1982. 203 л., ил.

60. Ребиндер П. А. Влияние активных смазочно-охлаждающих жидкостей на качество поверхности при обработке металлов. АН СССР, 1946.

61. Ребиндер П.А., Лихтман В.И., Карпенко ПВ. Влияние поверхностно-активной среды на процессы деформации металлов. М, 1954. -С. 83-100.

62. Bachmann D. Обзор патентов. Технический перевод №39. Под. ред. М.И. Аронова. СКБ ВНИИНСМ.

63. Bachmann D. Bewegungeyorgänge in Shwingmuhlen mit trokner Mahlkörpaerfullung. HZ.VDI-Beihert", №2,1940.

64. Bachmann D. Die chemishe Technik, 1942, №18; 1940 №2; 1940, №3

65. Моргулис М.Л. Экспериментальное исследование вибрационного измельчения. Диссертация. M., 1951.

66. Моргулис M.JI. Вибрационное измельчение материалов. -М.: Промстройиздат, 1957. 105 с.

67. Шаинский М.Е., Карташов И.Н., Найс М.Н. Вибрационное шлифование и полирование деталей // Вестник машиностроения, 1965, №9.

68. Шаинский М.Е., Кислица Г.С., Берещенко А. А. Влияние технологических факторов на эффективность виброшлифования в химических активных растворах// Виброабразивная обработка деталей. Ворошиловградск. машиностр. институт, 1978, с. 180.

69. Власов В.А., Карташов И.Н., Шаинский М.Е. К вопросу о распространении давления среды в резервуаре вибрационной установки// Отделочно-упрочняющая обработка деталей машин.- Ростов н/Д, 1974. с.36-43.

70. Лесин А.Д. Элементы механики и методика расчёта основных параметров вибрационных мельниц // Науч. Сообщение ВНИИТНСН. 1957. -с.3-23.

71. Лесин А.Д. Выбор рациональных конструктивных параметров вибрационных мельниц высокой производительности // Науч. сообщение, 1957.-c.3-28.

72. Лесин А.Д. Основные направления в развитии вибрационных измельчителей и некоторые вопросы их расчета II Вибрационная техника. -М., 1966.- с.453-460.

73. Зеленцов Л.К. Влияние рабочей среды на колебания вибрационной установки объёмной обработки деталей// Состояние и перспективы промышленного освоения вибрационной обработки,-Ростов-н/Д, 1974. -с.37-41.

74. Малкин Д Д. Теория и проектирование вибропитателей и вибротранспортеров. М.: ЦБТИ Мосгорсовнархоза, 1959. -78 с.

75. Сергиев А.П. Объемная вибрационная обработка деталей. М., 1972. -128 с.

76. Гольдин А.В., Сергиев А.П. Объёмная вибрационная обработка мелких деталей//ВОТ, Серия XVII, выпуск 29. М.: Машиностроение, 1972, С. 15-20.

77. Сергиев А.П. Оптимизация конструктивных параметров вибромашин // Виброабразивная обработка деталей. Ворошиловградск. машиностроит. институт, 1978, С.64.

78. Сергиев А.П. Некоторые вопросы теории виброабразивной обработки // Вибрационная обработка: Материалы семинара, М., 1966. - С. 47-62.

79. Сергиев А.П. Оптимизация параметров виброабразивной обработки // Механизация и автоматизация производства, 1990. - №6, - С. 12-14.

80. Сергиев А.П., Антипенко Е.И. Отделочная обработка в абразивных средах. Старый Оскол, 1997 г., 220 с.

81. Сергиев А.П. Влияние основных параметров процесса виброобработки на величину и характер металлосъема // Вопросы динамики и прочности. Рига, 1971. - Вып. 21. - С. 87-100.

82. Сергиев А.П. Отделочная обработка в абразивных средах без жесткой кинематической связи. Автореф. на соиск. уч. ст. д.т.н. Тула, 1990 — 50 с.

83. Сергиев А.П., Марченко Ю.В., Макаров A.B., Александров A.B., Медведев Р.В. Особенности отделочно-зачистной обработки в свободных абразивных средах методом пространственных маятниковых колебаний // Вестник машиностроения, 2001, №1 — С.51-52.

84. Чаава М.М. Оптимизация технологических параметров вибрационной отделочной обработки/Дис. канд. тех. наук, Ростов-на Дону, 1997.

85. Коноплянников Ю.А. Исследование процесса объемной вибрационной обработки деталей приборов, М., 1970, 154 л.; 50 л. илл. Научн-исслед. институт часовой промышленности / Дис. к.т.н. утв. в Московском станкостроит. Институте 11ЛП -1970 г.

86. Литовка Г.В. Геометрические параметры гранул абразивного наполнителя и его режущие свойства при виброабразивной обработке, Иркутск, 1981

87. Волков Р.В. Повышение эффективности процесса виброабразивной обработки за счет управления циркуляционными потоками инструмента: Дис. к.т.н., Ростов на Дону, 1999, 218 с. ил.

88. Попов С.П. Интенсификация процесса виброабразивной обработки за счет угловых колебаний и поджатия рабочей среды: Дис. к.т.н. 05.03.01., Воронеж, 1994., 199с.

89. Балицкий В.В. Совершенствование технологии объемной вибрационной обработки незакрепленных деталей в прямолинейных рабочих камерах., М, 1983.

90. Лейбенко В.Г. Разработка, исследование и внедрение вибрационной машины для зачистки штампованных деталей, М. 1983.

91. Ляликова Н.Т. Исследование влияния некоторых факторов на процесс очистки и упрочнения деталей вибрационным методом, Томск, 1971.

92. Быховский И.И. Вопросы исследования и разработки вибрационных машин, М, 1971.

93. Герега И.И. Совершенствование конструкций и методов расчета вибрационных машин, Львов, 1990.

94. Тамаркин М.А. Технологические основы оптимизации процессов обработки деталей свободными абразивами: Дис. д. техн. наук. Ростов на Дону: Издательский центр ДГТУ, 1995, - 298 с.

95. Зеленцов Л.К. Исследование движения рабочей среды и скорости съема металла при вибрационной объемной обработке деталей, Ростов на Дону, 1968.

96. Организация металлургического эксперимента. Учебное пособие для вузов. Г.Е. Белай, В.В. Дембовский, О.С. Соценко / Под редакцией В.В. Дембовского. — М. .Металлургия, 1993. 256 с.

97. Сергиев А.П. Некоторые вопросы теории виброабразивной обработки // Виброабразивная обработка: Материалы семинара. М., 1966. -С.47-62.

98. Маслов Е.Н. Основы теории шлифования металлов. М., Машгиз, 1951.-179 с.

99. Самодумский Ю.М., Трунин В.Б. Электронно-микроскопическое исследование поверхностей, обработанных методом виброабразивного шлифования // Чистовая, отделочно-упрочняющая и формообразующая обработка металлов. Ростов-на-Дону, 1973. - С.22-26.

100. Сергиев А.П. Андилахай A.A. Гидроабразивная установка 2ГР для отделочной обработки мелких деталей // Оптимизация процесса резания труднообрабатываемых материалов лезвийным инструментом. Киев, 1978, -С. 8-9.

101. Сергиев А.П., Андилахай A.A. Отделочная обработка мелких деталей пневмогидроротационным методом ÍÍ Совершенствование технологических процессов в механосборочном производстве. Ижевск, 1978.

102. Сергиев А.П., Орлов АФ. Применение виброобработки для снятия заусенцев и притупления острых кромок тонколистовых деталей. «Производственно-технический бюллетень», 1964, №6, С.41-42.

103. Крагельский И.В. Трение и износ. М, Машиностроение, 1968.480 с.

104. Крагельский И.В. Износ как результат повторной деформации поверхностных слоев. Труды III Всесоюзной конференции по трению в машинах, т.1. Изд. АН СССР, 1960.

105. Крагельский И.В., Добычин М.Н. Расчетные зависимости и методы экспериментального определения износа при трении. М.: Машиностроение, 1968.-52 с.

106. Билик М.М. Абразивно-жидкостная обработка металлов, Машгиз, М., 1960.-187 с.

107. Маслов E.H. Основные закономерности высокопроизводительного шлифования // Высокопроизводительное шлифование, М., АН СССР, 1962. -С. 4-7.

108. Графина Н.В., Меньшова Н.В., Шоркин B.C. Математическое моделирование процесса виброобработки в абразиивной среде. / Ред. Евдокимов В.А. Совершенствование методов обработки металлов резанием. Орел: НТО МАШПРОМ, 1981. С. 34-40.

109. Телегин Р.В. Молекулярная физика, М., 1965.

110. Колесник Н.В., Терентьев Я.К. Вибрационная очистка, галтовка, шлифование и полирование деталей машин, Ленинградское отд. общ-ва по распространению политических и научных знаний РСФСР, 1963.

111. Kleinfeld Н., Mogling В., Schuster R. Maschinen und Einzichtungenzum Vibratiousgleischleifen Fertigungstechn und Betrieb, 1966, 16#9,552-557 c.

112. Давиденков H.H. Некоторые проблемы механики материалов. Лениздат, 1943.

113. Членов В.А., Михайлов Н.В. Виброкипящий слой. М.: Наука, 1972.205 с.

114. Суслов А.Г. Основы технологии машиностроения. Курс лекций. // Приложение. Справочник. Инженерный журнал №3,2003. С. 2-24.

115. Тамаркин М.А., Азарова А.И. Теоретические основы оптимизации процессов обработки деталей свободными абразивами. // Вестник машиностроения, 2002, №6.

116. Тамаркин М.А., Азарова А.И. Оптимизация процессов обработки деталей свободными абразивами. // Вестник ДГТУ, 2001, Т. 1 №1(7).

117. Тамаркин М.А. Технологические основы разработки САПР ТП обработки деталей свободными абразивами ff Вопросы вибрационной технологии: Межвуз. сб. науч. статей. Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 1996. -С. 68-73.

118. Шаповалов А.И. Повышение производительности и динамической уравновешенности вибромашин для виброабразивной обработки, реализующих колебания по закону конического маятника: Дис. к.т.н. 05.03.01 и 01.02.06, Орел, 2004, -177 с.

119. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М.: Машиностроение, 1980-304 с.

120. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: Наука, 1976,280 с.

121. Сергиев АЛ, Шаповалов А.И., Александров A.B. и др. Расчет динамической балансировки установок для отделочно-зачистной обработки, использующих закон конического маятника. // Вестник машиностроения, 2002, №1-С. 10-11.

122. Сергиев А.П., Марченко Ю.В., Шаповалов А.И., Александров A.B. Исследование динамики маятниковой вибрационной машины. // Вестник машиностроения, 2002, №9 С. 17-19.

123. Сергиев А.П., Медведев Р.В., Александров A.B. и др. Особенности динамических центробежных машин для отделочно-зачистной обработки И Вестник машиностроения, 2001, №12 С. 11-13.

124. Александров A.B. Влияние конструктивно-технологическихIпараметров на производительность и шероховатость при обработке в маятниковых вибромашинах, ff Вибрации в технике и технологиях, 2002, №4(25), с.63-66.170