автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Оптимизация виброимпульсной обработки

РГ8 Ой

на правах рукспяси

БЕЛОМЕСТНЫХ АЛЕКСАНДР СЕРГЕЕВИЧ

ОПТИМИЗАЦИЯ ВИБРОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ

Специальность 05.02.08.- Технология машиностроения, 05.03.01. - Процессы механической и физико- технической обработки, станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой стгпсли кандидата технических наук

Иркутск -1995

Работа выполнена в Иркутском государственном техническом университете.

Научный руководитель -

Официальные ояпоиеггы:

кандидат тсхикчшахх шуз, доцент Кольцов В. П.

доктор технических наук, профессор Журавлев ДА. кандидат технических says, доцеь-г Литовка Г.В.

Ведущая организация: Иркутский опытный зааод Эталон

Зашита сосгоитса " 21 " декабря 1995 г. в 10 часов на заседании специализированного совет К 063.71.03 в Иркутском государственном техническом университете по адресу:

664074, г.Иркутск -74, ул. Лермоитова, 83, ауд. И- 223.

С диссертацией можно ознакомиться г' библиотеке Иркутского государственного технического университета.

Отзывы в 2-х экземплярах; заверенные печатью, просим выслать в специализированный совет по указанному адресу.

Автореферат разослан "/т^" ноября 1995 г.

Ученый секретарь

специализированного совета ' / кандидат технических наук, //

доцент Р.В. Макаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Возрастающие требования к потребительским свойствам промышленной продукции и конкуренция отечественных производителей с зарубежными обусловливают увеличение объема и повышение качества финишных операций. Особая роль отводится созданию и использованию новых перспективных технологий.

Одним из новых способов, применяемых при отделочно -зачисгных операциях, является виброимпульсная обработка деталей (ВИМО), которая характеризуется технологической гибкостью, производительностью и широким диапазоном решаемых задач. Виброимпульсное оборудование находит применение в производстве электротехнических деталей, элементов радио - релейной аппаратуры, а также при обработке ювелирных изделий из полудрагоценных материалов.

Несмотря на достигнутые результаты в области ВИМО, обозначились серьезные препятствия на пути дальнейшего развития и интенсификации данного перспективного метода финишной обработки. Недостаточный объем экспериментальных и теоретических исследований сдерхсизает широкомасштабное промышленное использование виброимпульсной технологии. Это связано с отсутствием описания виброреологических процессов, происходящих в рабочей зоне оборудования, динамической картины движения частиц загрузки, силовой модели обработки и, наконец, невозможностью прогнозирования процесса формирования поверхностного слоя обрабатываемых деталей.

Цель работы. Повышение эффективности виброимпульсной обработки на основе исследования динамики процесса и его оптимизации по режимным и конструктивным параметрам.

Научная новизна. Исключительно для виброимпульсной обработки разработана методика определения динамических параметров движения частиц загрузки: их перемещений, скоростей и ускорений.

Построена картина скоростей частиц внутри загрузки при ВИМО, с учетом которой разработаны аналитические зависимости напряжений и сил, действующих между слоями загрузки, от режимных параметров, свойств абразивного наполнителя, конструктивных характеристик оборудования и дополнительного упругого сжатия загрузки.

Аналитически установлено влияние частоты и амплитуды выделенных релаксационных колебаний рабочего органа на скорость циркуляции и интенсивность силовых взаимодействий в рабочей зоне.

На основе синтезированной геометрической модели распространения силового импульса вглубь загрузки определены условии еоз-никновения явления сводообразования. Раскрыты основные закономерности, связывающие силовые взаимодействия частиц при сводообразование., параметры деформации рабочего органа и 'гриботех-нкческне свойства стенок контейнера.

Применительно к виброимпульсной обрибогае сконструироза-на математическая модель формирования микрорельефа поверхности обрабатываемой детзгш.

На основе синтезированных математических моделей и прове-дг.шых зкеперимаггальымх исследований разработана методика определения оптимал:.иых по обеспечения максимальней пр0К?"0ДйТС»4.-

ноет и заданного качестоа обработки, режимных и хонсгруктъаш параметров В11МО.

расчета величины ма/ериалосъема и высоты микроиер« >£аэстсй поверхностного слоя ь зависимости от рёжнмных параметров ВИМО и конструктивных особенностей оборудования, позволяющая прогнозировать формирование микрорельефа обрабатываемых деталей.

Предножгны ксакретные технологические рсйоисадацим по интенсификации ВИМО поерпнетвом конструктивной кодграязадня виброимлульсного сг&пка, рационального выбора абрязишого на-пошштеяя, сятиинзацнк режимных параметров процесса. Разработана методики иьтейсифгнсации ВИМО за ечке упругого поджатая грады 'Л*грузки и создания условий сводообразойания. Создана ярэграг.«-ш для персональной ЭВМ, позволяющая назначать опшмалыоле по производительности режимы обработай при заданных граничных условиях.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно технических конференциях машиностроительного факультета Иркутского государственного технического университета 1993 - 1995 гг.; Всероссийской молодежной научно - технической конференции "Технология и оборудование современного машиностроения" (Уфа, 1994 г.); Российской научно-технической конференции "Наукоемкие технологии в машиностроении и прпборосгроении" (Рыбинск, 1994 г.).

Публикации! По результатам исследования опубликовано 8 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и общих выводов; списка используемой литературы, приложения. Диссертация изложена на 143 страницах машинописного текста и содержит 20 таблиц, 34 рисунка, список используемой литературы из 67 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работа, кратко изложены полученные автором результаты аналитических и экспериментальных исследований, приведены основные положения, которые ьы носятся на защиту.

В первой главе отмечен большой вклад в развитие теории и практики вибротехнологи!'. А.П.Бабичева, Ю.В.Димооа,

В.П.Кольцова, Г.В.Литовкн, Ю.В.Самодумсксго, А.П.Сергисва,

A.П.Субача, М.А.Тамаркина, В.О.Трилисского В.Б.Трушша,

B.П.Устиновч. К.Е.Филпппова, М.Е.Шакнского и др.

Установлено, что основными параметрами, характеризующими виброабразивную обработку (ВиО). являются величины ш-роуларов, контактные давления и динамика элементов загрузки. Исходя из данной классификации, проанализировано состояние дел в области интенсификации ВиО и выделены основные факторы, активизирующие процесс обработки: режимные, конструктивные параметры, дспо.'пштелыше воздействия различной природы, свойства абразивного наполнителя.

Значительная активизация виброобработки достигается при оптимальной импульсной передаче энергии вглубь загрузки. В Иркутском государственном техническом университете разработано виброимпульсное оборудование для финишной обработки детален, конструкция которого представлена па рис. 1 и включает в себя вертикальный вал с горизонтально расположенными роликами 4, которые воздействуют на эластичные днища 3 цилиндрических ко:ггейнеров 1, установленных на основании 2 и .заполненных обрабатываемыми деталями 8 и абразивом 7. Вертикальный вал приводится во вращение двигателем 5 через клиноременную передачу 6. Отличительной особенностью вкбронмпулъеной обработки'является деформирование рабочего органа эластичного дна, что позволяет сконцентрировать энергию колебаний и таким образом интенсифицировать процесс.

Рис. I. Конструктивная схема виброчмпульсиого станка

Ввиду малой изученности вмбропмпупьснон обработки, что термозит ее разните и затрудняет эффективное промышленное кспояьзо-вйние, сформулированы следующие задачи исследовании.

Для изучения динамических пзраметсон процесса и создания ипсдпосшюк для моделирования силовых азаимодсйстыш абразив-¡¡ы." грач/л с обрабатываемой деталь/с иеебходгшо неезкдоаать характер движения частим загрузки, определить их перемещений и ско-.)0.;п!. Для решения данной задачи нужно разработать ссогвзтствугэ-шео аппаратное и програмлои обеспечение, а также проанализировать динамику деформирования рабочего органа.

Разработать физическую модель послойного движения в загрузке, на йснопо которой определить действующие мезду слоями скалы» кающие и нормальные напряжения, необходимые дта расчета садовых ьзатлодейс.'вий.

Изучить условия г.сзни'.шояеш!я сведообразопашзя в загрузке и влияние данногоявления на интенсивность ВИМО. Разработать ыето-д:ку расчета матсриглосъема и шероховатости деггален при гпосон;.:-яульсиой обработке, учггшвзющую конструктивные и дш!амичссгл:е ссобешюгте ВИМО,

риинке вэедгния дснодк;П\-лыюгс упругого гк&тнк ср'-ды зггрузки на сияоъкз ыаимодсйспиш и работе»: зоне. Разпабтздь катодипгу кнтенсифигаудп! ВИМС шер.-яотйок упругого подкати.: гыружи.

А

С целью получения конкретных технологических рекомендации по внбропмпульспой обработке исследовать факторное пространетзо процесса в поле действия основных режимных параметров ВИМО. Разработать программу дня персонального компьютера, позволяющую назначать оптимальные режимы. Изучить влияние основных режимных параметров па шероховатость обрабатываемой поверхности при обработке закрепленных деталей.

Из сснсиаь-'гШ полученных теоретической и технологической моделей разргботать методику интенсификации виброипульсчой обработки посредством расчета и оптимизации венозных релсимных и кси струятся и и я параметров ВИМО,

Во торой главе представлены результаты теоретике - экспериментальных исследований динамики частиц загрузки. Для углубленного иесдедоь-шня процесса сконструирован измернтельпо-вычнелительныч комплекс по вводу и численному анализу информационных сигналов с датчиков, расположенных на вибронмпульевом оборудовании. Комплекс, изображенный на рис. 2, работает следующим сбрязом. При обкатывании роликом ! гибкого дна контейнера 2 эяемгаты загрузкн приобретают импульс, который перельется исследуемой детали 4, сгеруаыо 5 и следовательно, потеицнаейтркчес'лому датчику 7, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный переметен:«* дегаяи. Далее информационный сигнал проход;"'

Рис. 2. Функциональная схема комплекса

через согласующее устройство (СУ), фильтр полезной составляющей (ФУ) и поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и персональный компьютер (ПК) для последующей цифровой обработки и запоминания. Фильтрующее устройство сконструировано на основе минимизации срсднеквадратической ошибки измерения и предназначено для выделения из зашумленного информационного сигнала полезной составляющей, изменяющейся по известному закону (например, для определения средней циркуляционной ' скорости часгнцы).

На основании экспериментальных результатов составлено и проинтегрировано дифференциальное уравнение динамики частиц:

№ сИ :

т

3 2д ' КУ2 — -В----|-(к~пт2)5т*а

6 2 и/2 V /

+у0нг0, (2)

,3 Л

6 ^ * ' )

где Ъ - закон перемещения свободной частицы;

т • масса исследуемой частицы загрузки;

Ус , Ъ> - начальная скорость и начальная координата свободной частицы в момент времени I = 1о;

Vг , Аг - скорость и амплитуда колебаний связанной частицы;

В, К - экспериментальные параметры.

В соответствии с формулами (1), (2) перемещения и скорости частиц можно представить в виде суперпозиции двух составляющих: быстрой (осциллирующей) и медленной (циркуляционной).

Экспериментально установлено, что максимальные скорости и перемещения частиц наблюдаются в придонной области, что подтверждает гипотезу о существовании зоны интенсивных взаимодействий.

Главной отличительной особенностью виброимпульсной обработки является деформирование эластичного дна контейнера, позволяющее локализовать силовое воздействие и определяющее характер перемещения придонных и вышележащих слоев загрузки. При экспериментальном исследовании кинематики дна контейнера в развертке информационного сигнала обнаружено присутствие помимо основной, также и релаксационной полуволны деформации. Аналитически установлено, что релаксационная полуволна деформации создает разряжение в придонной области контейнера, вызывая тем самым рост напряжений в среде загрузки и способствуя интенсификации силовых

взаимодействий между частицами. Кроме того, обнаруженный эффект релаксационных колебаний дна обусловливает возможность интенсификации процесса ВИМО за счет увеличения скорости циркуляции загрузки, а значит и числа прохождении обрабатываемых деталей через зону интенсивных воздействий, что способствует подъему производительности ВИМО. Дополнительная составляющая скорости циркуляции (вызванная релаксационными деформациями дна) обратно пропорциональна времени, требующемуся для прохождения всей массы загрузки через зону интенсивных воздействий

удоп, _ УркГпкрол_ 4Ар*пкрол 4 "Уз" Уз " \VpV3 • (3)

где Уз - объем загрузки в контейнере;

V) - объем загрузки, численно равный деформированному объему дна (во время прохождения отрицательной волны деформации), прошедший через зону интенсивных воздействий в единицу времени;

Ар , \Ур - амшпгтуда и частота релаксационных колебаний;

Экспериментально установлено, что амплитуда релаксационных колебаний Ар возрастает с увеличением вдавливания ролика в эластичное дно А и уменьшается с ростом высоты загрузки Нз.

Таким образом, повышение скорости циркуляции загрузки за счет релаксационных колебаний дна контейнера в соответствии с формулой (3) можно получить посредством увеличения вдавливания ролика в эластичное дно контейнера А; повышения частоты вращения приводного вала Гп ; увеличения числа роликов крол; уменьшения частоты релаксационных колебаний \ур. Последний параметр связан с демпфирующими свойствами материала, из которого изготовлено эластичное дно.

В третьей главе приведены результаты аналитического исследования напряжений н сил, действующих в рабочей зоне. С учетом экспериментально выявленного значительного градиента перемещений и скоростей частиц, направленного к центру контейнера, предложена кинематическая модель движения загрузки в виде системы концентрических пложенных друг в друга цилиндрических оболочек.

Силовые воздействия в загрузке предложено определять с помощью зависимости

где ату - нормальные напряжения в у ом горизонтальном сечении контейнера,

Як - площадь контактирования гранул. Для нахождения оп были использованы известные в теории перемещения гранулированного материала силовые закономерности (Аэров М.Э., Тодес ОМ.). С учетом особенностей динамики ВИМО

V« _ у^Рз 1стп) =

¡=1

е2*' -1

(5)

где ЬГу - глубина } - го сечения; рз - плотность загрузки;

С- коэффициент трения между частицами загрузки;

Х| - радиус 1 - го цилиндра рабочего пространства загрузки;

п - количество цилиндрических оболочек.

Площадь контактирования гранул найдена исходя из представления о дискретности контакта абразивной гранулы с поверхностью детали и допущения об абсолютно;! жесткости контакта абразивных гранул между собой.

Зк-2яга Д кг , (6)

где Д - высота рабочего слоя абразнзнон гранулы; кг - коэффициент зернистости, отражающий влияние микрогсо-метрическнх характеристик рабочего слоя гранулы на действительную площадь контакта (Тамаркин М.Л.).

Численный анализ полученной модели позволил выявить значительное увеличение силовых взаимодействий по мере погружения детали (увеличения Ьп) и роста грануляции абразива га.

• Отличительной особенностью виброимпульсной обработки является возможность сводообразования в загрузке. Механизм формирования сводов следующий. При плотной тетраэдрической упаковке каждый элемент загрузки находится в контакте с тремя другими. При перемещении одного компонента силовое воздействие передается одновременно в трех направлениях под углами ц,в. Каждая вышележащая частица воздействует также на три соседних. Следовательно, силовой импульс, проходя через слои загрузки, расходится веерообразно, вплоть до стенки контейнера. В пристеночной области сообщаемая энергия расходуется на преодоление силы трения гранул о стенку

контейнера Ргрс , силы тяжести вышележащих слоев загрузки Рг . Таким образом, силовое воздействие, оказываемое на придонную частицу с учетом динамических параметров деформирования рабочего органа

рпр = "Р^~2Гатс^Гс1еасв + РГ, ( 7 )

где 4 - закон деформации эластичного дна контейнера:

= Лет

( 2 л /ПЯ01

и^ГрА-А2,

(8)

Шсв - масса свода; {с - коэффициент трения стенок контейнера;

Ко - расстояние от оси вращения приводного вала до оси контейнера; Гр - радиус обкатного ролика.

Таким образом, можно значительно увеличивать силовые взаимодействия в среде загрузки посредством варьирования режимных параметров (оказывающих влияние на ускорения рабочего органа), коэффициента трения изменением триботехнических свойств материала стенок контейнера. Вероятность сводообразования

Рсв=1 при Н3> Рк +га (9)

28тасв

Математическое ожидание угла сводообразования асв = 35°.

Как показывает опыт промышленной эксплуатации виброимпульсной установки, при интенсификация ВИМО посредством увеличения энергии, сообщаемой рабочему органу (при повышении А, Гп, Кроя ), происходит разрыхление загрузки и снижение уровня силовых взаимодействий, что отрицательно сказывается на производительности обработки. Для устранения данного явления и повышения эффективности ВИМО разработано устройство упругого сжатия загрузки. При вертикальном упругом сжатии на элемент загрузки действует дополнительная динамическая сила

' КпрНку^+М , (10)

где ку - коэффициент упругости пружины;

го -начальное сжатие пружины;

гп - закон перемещения элементов поверхностного слоя загрузки.

При дополнительном ноджатин значительно повышается плотность упаковки элементов загрузки. Принимая во внимание кинема-

тическнй характер возбуждения колебаний рабочего органа н контактирующих с, ним слоев загрузки, предполагается, что волна деформации проходит через загрузку с минимальной диссипацией энергии н характер перемещения верхних слоев загрузки соответствует закону деформации дна контейнера га =£.

Очевидно, что теперь в соответствии с физической природой стп нормальные и скалывающие напряжения между слоями увеличатся на величину дополнительного поджатая:

где ап -нормальное напряжение в горизонтальной сеченнн контейнера при отсутствии дополнительных воздействии;

Бп - площадь контакта приспособления с поверхностью - агрузхи;

Яд - радиус кривизны эластичного дна контейнера.

Следовательно, интенсификацию ВИМО посредством упругого сжатия загрузки можно осуществить :

- увеличением коэффициента жесткости пружинного устройства ку;

- повышением величины начального поджатия Ъо;

- уменьшением радиуса кривизны дна контейнера Ид;

- снижением коэффициента трения между элементами загрузки Г соответствующим подбором абразивного . наполнителя н технологической жидкости.

Четвертая глава посвящена исследованию выходных параметров ВИМО, характеризующих производительность и технологические возможности процесса: съему материала с поверхности детали и шероховатости обработанной поверхности.

Принципиально новый способ передачи силового воздействия и необычный характер деформирования среды загрузки при ВИМО обусловливают необходимость анализа параметров единичных взаимодействий. Длина единичного следа определяется как максимальное относительное смещение абразивной гранулы и детали:

При традиционной виброобработке площадь следа зависит от сил контактных взаимодействий частиц, механических свойств материала дешли и характеристик абразивных гранул (Тамаркин М.А.). С учетом динамических особенностей ВИМО площадь следа

а

2ч '

(И)

2*п =шах(2д - 2. а)

(12)

Л=»0.0918А$|

1 - соз

я(Вд + 2га 2Ьде ф

(13)

где Ьдеф - длина деформируемого участка

Ьдеф=2д/2НдЛ-А2 (14)

1Сагс следует из формулы (13) площадь следа пропорциональна величине вдавлиаания ролика А, характеристическим размерам обра*

батывагмых деталей и абразивных гранул (Вд и га ) и обратнопро-порциональна радиусу дна контейнера Яд.

При описании шероховатости поверхности однородным нормальным случайным полем математическое ожидание объема металла Уи, расположенного выше уровня и определяется согласно формуле, предложенной Я.Н.Рудзитом:

Е(У) = оБу! -^—ехр

2а

1-Ф

= а8у^(и,а), (15)

где Бу - площадь поверхности рассматриваемого участка; о - среднее квадратическое отклонение однородного случайного

поля.

Тогда объем материала, удаляемого при единичном взаимодействии:

Е(У[)= о&лЧЧися,о), (16)

где

исл = 3о -Ь (17)

. Глубина внедрения гранулы Ь в соответствии с известным соотношением из теории пластического . контакта сферического ин-дентора с деформируемым полупространством (Михин Н.М.) и с учетом дискретности единичных контактов (Тамаркин М.А.)

2пкггаН

(18)

где Н - пластическая твердость обрабатываемого материала. Полученные зависимости позволяют определить влияние силовых воздействий, основных характеристик абрашпион гранулы (ее зернистости и размера) и физико - механических свойств детлпн на величину материалогьема при единичном взаимодснпыт и являются основополагающими при расчсте количества удаленною материала за некоторый промежуток 1 кнбронмиульсной обршкпкн:

г

2

У(1) = Ык(0У1 , (19)

где Ык(0 - число взаимодействий абразивных гранул с обрабатываемой поверхностью детали предложено определять по методике Ю.В.Димова. С учетом кинематических особенностей ВИМО

Ык(1) = 029Г^ро^У"кР" > (20)

Га

где Бд - площадь поверхности детали;

куп - коэффициент упаковки элементов загрузки;

крп - коэффицент, учитывающий взаимное расположение поверхностей.

Тогда время обработки детали до достижения требуемой шероховатости Яауст или удаления соответствующего объема материала (Vтр=сг Бд Т(итр , сг))

V, ^^дкро^уп^рп Таким образом, продолжительность обработки возрастает с увеличением пластической твердости материала Н и уменьшается с уплотнением загрузки. Наиболее рациональным способом повьпиения плотности загрузки является ее упругое сжатие.

С учетом исследований М.А.Тамаркина установившаяся шероховатость обработанной поверхности при виброабразивной обработке:

11ауст=0.0258 (22)

где Ьед - длина единичного участка микронеровностей.

Данная формула определяет соотношение между режимными па' раметрами ВИМО (величину Рп ), соответствующее требуемой шероховатости детали Кауст.

В пятой главе для подтверждения теоретических результатов, а также с целью получения конкретных технологических рекомендаций по ВИМО произведено экспериментальное исследования факторного пространства виброимпульсной обработки деталей из стали 45 и сплава В95Т. •

Экспериментально доказана эффективность применения дополнительного сжатия загрузки при ВИМО, позволяющая значительно

ускорить процесс формирования микрорельефа. Установлено, что производительность ВИМО пропорциональна величине сжатия загрузки, что подтверждает сделанные теоретические выводы при рассмотрении картины силовых взаимодействий.

Впервые для ВИМО проведено исследование виброимпульсной обработки при неподвижном закреплении деталей. При этом установлено, что закрепление деталей позволяет повысигь производительность процесса в 5 и более раз по сравнению с обработкой свободноза-груженных деталей. Наибольшая производительность обработки наблюдалась в придонной области - зоне интенсивных воздействий, что вполне адекватно аналитическим силовым зависимостям (4) -(6).

На основании экспериментальных результатов построена технологическая модель процесса, отражающая закономерности съема материала, изменения шероховатости деталей в зависимости от основных режимных параметров: амплитуды, частоты импульсов, высоты загрузки, времени обработки, размеров деталей. Для удобства работы с полученной моделью составлена программа, ориентированная на персональный компьютер,для расчета в интерактивном режиме оптимальных параметров обработки при заданных граничных условиях. Решение оптимизационной задачи внутри факторного пространства ВИМО обеспечивает повышение производительности в 12 и более раз.

В шестой главе изложена методика расчета и оптимизации основных параметров ВИМО. При назначении конструктивных параметров обоснована необходимость дифференцированного подхода: для финишных операций - без сводссбразевания, а для подготовительных технологий (в целях их интенсификации) - с учетом явления сводообра-зования в загрузке. Для операций чистового шлифования и полирования с целью уменьшения вероятности образования забоин и рисок на обработанной поверхности в соответствии с формулой (9) рекомендуется

Н3<1)св=-^—к, , (23)

251пасв л

где к3 - коэффициент запаса (кз =0.7 - 0.8);

Ьсв - высота свода.

По известной величине объема загрузки контейнера Уз

ычнеляготся необходимый диаметр контейнера и высота загрузки:

Н3=—— , (25)

2sinaCB

Для интенсификации "грубых" операций (оиброзачистка, скруг-ление кромок, черновое шлифование) рекомендуется производить расчет при кз> 1.2 с целью гарантированного обеспечения сводообра-зования.

При выборе абразивного наполнителя нужно руководствоваться следующими соображениями. Г.В.Литовкой установлено, что параметры гранулы: острота рельефа гранул £ и критический радиус кривизны Rk являются критериями оценок режущй способности абразивных гранул и их износостойкости. Для обеспечения максимальной производительности ВИМО необходимо обеспечить выполнение условий

С, = шах , RK = min.

В соответствии с формулой (21) для сокращения продолжительности виброимпульсной обработки рекомендуется применять абразивный наполнитель с минимально допустимой грануляцией

(ra=RKmin).

В диссертации указано, что при оптимизации "тонких" операций необходимо руководствоваться обеспечением максимума скорости циркуляции загрузки и минимальной длины следа Zcn от единичного взаимодействия (для уменьшения вероятности образования рисок н? поверхности)

Vu = шах Zcn = min,

а тахже применять эластичное дно контейнера с максимально допустимым радиусом кривизны.

При размерной обработке, связанной со значгггельными сьемамн материала, рекомендуется вести расчет для максимальных внедрений гранул, равных величине удаляемого дефектного слоя (Ii = шах), в целях увеличения производительности добиваться максимальных длин следов от единичных взаимодействий посредством повышения амплитуды колебаний и уменьшения радиуса кривизны дна контейнера

А - шах R« = min

Кроме того к повышению эффективности ВИМО приводит упру-е уплотнение загрузки. Регулирование силовых взаимодействий (жно производить варьированием параметров А, Ал , Яо , гр , 1"с ку , , Установлено, что интенсивность силовых взаимодействий в загруз-обратно пропорциональна радиусу обкатного ролика гр , в связи с м определено его минимальное значение, обеспечивающее требуе-ю жесткость конструкции:

'р-г^г- (26)

где Рдтах - максимальное значение силы, "действующей со эроны эластичного дна контейнера на приводной ролик;

[а] - предельно допустимое напряжение.

Для определения оптимальных режимных параметров при обратив свободнозагруженных частиц необходимо учитывать неравно-рпость распределения напряжений внутри загрузки. Следователь, расчет нужно вести для средних значений контактных сил на пути ремещения частиц:

Н3 Н3-ЬСВ£р

Рпср=]Т- + ^ I —(27) 3 о 3 о

где ХРгрс - сила трения частиц свода о стенку контейнера, эрмулы (4)- (6), (7)- (8), (19)- (22), (27) устанавливают соотношение аду режимными и конструктивными параметрами ВИМО, позво-¡ощее обеспечить (с учетом вышеизложенных ограничений и реко-ндаций) требуемую шероховатость обработанных деталей или не-ходимый съем материала при минимальной продолжительности об-ботки.

Разработана программа, реализующая алгоритм многокоорди-гного градиентного спуска и предназначенная для расчета и опти-зации необходимых конструктивных и режимных параметров 1МО по вышеизложенному алгоритму.

Промышленное применение виброимпульсного станка в соот-гствии с разработанными рекомендациями для изготовления юве-рных изделий из полудрагоценных камней позволило механизиро-гь ряд ручных операций и показало высокую эффективность ВИМО и скруглении острых кромок, шлифовании и полировании ювелир* [X изделий сложной формы при многономенкллтурном пронз-

водстве.' В результате оптимизации параметров процесса удалое вдвое сократить длительность отделочных операций при ¡иготовленкг ювелирных изделий и уменьшить станочный парк.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1.Теоретическими и экспериментальными исследованиями впер вые применительно к В И МО создана оптимизационная модель, позио ляюща? установить закономерности изменения высоты микронерос костей и матсриапосъема в зависимости от основных режимных, коп структивных параметров ВИМО, свойств абразивного наполнителя дополнительного упругого сжатия загрузки.

2.Наиболее эффективными факторами оптимизации ягляютс характер деформации рабочего органа, скорость циркуляции загруз хи, силы контактных взаимодействий частиц, свойства абразивное наполнителя.

3.В процессе ьиброимпулхеной обработки наибольшие перемс щения и скорости компонентов наблюдаются е придонной обласи контейнера. Экспериментально выявлен градиент скоростей частиц : направлении к центру рабочего пространства, обусловливающий ос<: симметричное движение и интенсивные взаимодействия элег.;снтов за грузки.

4.С помощью сконструированного уникального инфорг-мциогг нонзмерительного комплекса разработаны кинематическая и дни с мическая модели деформации рабочего органа, учитывающие режим ные параметры ВИМО, конструктивные особенности оборудования геометрические характеристики эластичного дна. Усыновлено, *гг ускорения деформирования дна возрастают с уменьшением радаре обкатного ролика.

З.Экенериыенгальным исследованием днп:!м;п-:п дна ксьтсйнц: выявлен эффект релаксационных колебаний, оказывающий здпг.ш: на скорость циркуляции и уровень силовых взаимодействий части: Установлено, что дяч повышения эффективности ВИМО необходим применять материалы дна контейнера, сбеслечикакицис максимальны объем релаксационной области деформации. Обнаружено, что »>( личина амплитуды релаксационной волны пропорциональна глуби* погружения ролика в эластично:: дно.

6.11а основе динамической картины перемещения чаешц и о и пользованием математического аппарата ¡¿схаиики грзьулкрованиь сред разработана силовая моден* ВИМО. Численно,; пгхлгдос:»::

>рмальных и касательных напряжений, действующих между слоями грузки показало значительный рост силовых взаимодействии по ме-: погружения "детали и увеличения размеров абразивных гранул. г).цт2ер:кдена гипотеза о наличии в придонной области зоны интен-еиых ьоздсйствий.

'/.Аналитическими исследованиями »скрыты закономерности ме-нйзма сводсобразования а загрузке. Установлено, что рациональное пользование данного эффекта способствует повышению силовых йимодейетзий частиц зз.'-рузки и увеличению производительности •ÎMO.

8.Аналнтпческими исследованиями установлено, что упругое т.тие загрузки позволяет повысить производительность ВИМО за гт увеличения нормальных напряжений в pa5o'idi зоне и устранения фскта разрыхления среды при интенсивных реле:;мах обработки.

^.Впервые дм в и Г>; : : : ;: м п у ль с и о i i обработки проведено зкепери-«тальисе исследование формирования микрорельефа деталей, засаленных в различных зонах контейнера. Установлено, «го данный тод обоснсчипает псз1:\ше\»ие 1гро1!зводительности ВИМО в 5 и бое раз по сравнению с обработкой свободкозагружениых деталей. '.нПольшзя ! ф о и do îîj-nc я]. н о наблюдается в придонной областное интенсивных воздействий, что подтверждает достоверность сизой модели ВИМО.

Ю.Разриботлнэ методика расчета к оптимизации основных ре-ifASiMX л конструктивных параметров ВИМО, предназначенная для ,4frî-iii:jaiî^sî oyLiec'i^vKurero оборудования, интенсификации тррди-опьых технологических операций и расширения потенциальных ,л:о;'сиосте;1 зкбрэнмпульснси обработай. Написана программа, :под.тю1!1,ги гипоячтгь оптимизацию данного технологического зцссса па ЭВМ,

i i.Промышленное применение либроимпульсного станка в соот-г-т:г. с доработанными рекомендация!,'.и при обработке ювелир-s изделий из полудрагоценных камней позволило механизировать ; pj^sïïbïx оп-грацнй и показало высокую эффективность ВИМО при ¡угпепии острых кромок, шпкфог.апин и полировании ювелирных сясшюй фермы »¡pu дтогоасдоикяатурпом препзвоцсг&е, Б y.iviare егггаютдеш тсямсгмсг* процесса удяпоа/вдсос сократить învc-ncc«. омг'раиаЯ чря кзготозлг-'нч ге-илтучмя гп-

'îli « iw.siAvr- аг.л^гм ы парк.

Î7

Основные положения диссертации изложены в следующих раб

тах:

1. Беломестных A.C. Информационно- измерительный компле // Материалы международной научной конференции "Повышение э фективности познавательной деятельности обучающихся". Иркутс Ирк. гос. техн. ун-т, 1995. с.67-69.

2. Беломестных A.C. Оптимизация многоступенчатой обрабоп деталей в свободном абразиве // Сборник тезисоз научных раб студентов Иркутских вузов, рекомендованных к внедрению. Иркуп

1993. с. 158.

3. Кольцов В.П., Беломестных A.C. Геометрическая схема фс мировакия мнкронеровностен при вкброабразнвкой обработке деч лги/ Иркутский гос. техн. ун-т, Иркутск, 1995.- 9с.- Деп. е ВИНИ! 31.05,95. № 1579-В95.

4. Кольцо» В.П., Беломестных A.C. Аналитическое исследован напряжений и сил, действующих внутри нагрузки при виброимпул ной обработке/ Иркутский гос. техн. ун-т, Иркутск, 1995.- 7с.- Деп ВИНИТИ 31.05.95. № 157S-B95.

5. Кольцов В.П., Беломестных A.C., Ружников Д.А. Актиач контроль технологических операций при виброабразилней обрьб ке// Тез. док«, российской научно- технической конференция "Hay. емкие технологии п машиностроении и приборостроении". Рыбин

1994. с. 517- 118.

6. Кольцов В.П., Беломестных A.C., Ружников Д.А. Исследо ние xapaitTtpa движения частиц зафузки при внбрснмпульсной об ботке // Тез. докл. всероссийской молодежной научно- те/инчес; конференции "Технология и оборудование современного маши строения". Уфа, 1994. С.34-35. *"

7. Кольцов В.П., Ружников Д.А., Беломестных А Акустический контроль технологических операций при вибрсаб зивной обработке // Сб. статей "Комплексное обеспечение точно автоматизированных производств". Пенза, 1995. с. 108.

8. Решение Госкомизобретений от 7.07.95 по заявке № 017363/08 ."Устройство для вибрационной обработки" (Филип К.Е., Кольцов В.П., Беломестных A.C., Ружников Д.А.) о выдаче тента на изобретение.

Фсг.мат 60г84 l/t-5 Бумага тнпогрдфсьег:. Нгчать офсети&я. Уел. печ л. 1,0. Уч.-гвд. л. 1,0 ICO зхз. С - ?0,

I

ЛР № 020253 ст 30. 30. SI. Иркутсхай государственный тахкичвскпЛ университет 664074, Иркутск, ул. Лермсатова, 03