автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности алмазно-искрового шлифования путем обеспечения остроты режущего рельефа круга в режиме наибольших глубин

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Гасаиов Магомеаємін Ісамагомєдович

УДК 621.91.06

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ АЛМАЗНО-ІСКРОВОГО ШЛІФУВАННЯ ШЛЯХОМ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ГОСТРОТИ РІЖУЧОГО РЕЛЬЄФУ КРУГА В РЕЖИМІ ЗБІЛЬШЕНИХ ГЛИБИН

Спеціальність 05.03.01- процеси механічної обробки, верстати та інструменти

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня киндидаїа іехшчшіх наук.

Харків - 1999

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі технології машинобудування та металорізальї верстатів Харківського державного політехнічного університету.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Беззубенко Микола Кирилович, Харківський державний політехнічний університет, професор кафедри різання матеріалів та ріжучих інструментів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Кальченко Віталій Іванович,

Чернигівський державний технологічний інститут, завідувач кафедри металорізальних верстатів та систем;

Провідна установа:

кандидат технічних наук, доцент Федорович Володмир Олексійович, Харківський державний політехнічний університет, доцент кафедри різання матеріа та ріжучих інструментів. 4

Харківський науково-дослідний інститут технології машинобудування, м. Харків.

Захист відбудеться " 1% ” ТЬаЕН9 2000 р. о 14 годині на засіда спеціалізованої вченої ради Д 64.050.12 у Харківському державне політехнічному університеті за адресою: 61002, м. Харків, вул. Фрунзе, 21.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського державні політехнічного університету.

Автореферат розісланий “ ■/') ”/!■! и/} ,/ ^'--2000 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Ч~ Уз\ нян М,

■

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Для обробки виробів з твердих сплавів широко використовується алмазне шліфування. Завдяки високій ріжучій здатності алмазного круга забезпечується висока якість шліфованих поверхонь.

Однак алмазні круги на органічних зв'язках інтенсивно зносяться і їх економічно не вигідно застосовувати на форсованих режимах шліфування. Алмазні круги на металевих зв'язках зносяться з меншою інтенсивністю, але швидко "засаливаются" і втрачають ріжучу здатність. Це веде до збільшення енергоємності і зниження якості обробки, особливо при високопродуктивному глибинному шліфуванні алмазними кругами на міцній металевій зв'язці М2-01.

Відомі методи механічної правки таких кругів малоефективні. Великі можливості мають в своєму розпорядженні електрофізикохімічні методи правки, засновані на використанні додаткової електричної енергії. Вельми ефективний метод алмазно-іскрового шліфування, розроблений в Харківському політехнічному інституті під керівництвом М.К.Беззубенко. Метод заснований на введенні в зону різання додаткової енергії в формі електричних розрядів. У результаті відбувається ударно-термічне руйнування металевої зв'язки круга і мікростружек, що утворюються. На крузі формується розвинений ріжучий рельєф, що характеризується збільшеним виступанням зерен над рівнем зв'язки і великим обсягом межзерневого простору. Зменшується інтенсивність тертя металевої зв'язки круга з матеріалом, що обробляється, що знижує силову і теплову напруженість процесу, збільшує продуктивність обробки.

Це створює об'єктивні передумови ефективного застосування алмазно-іскрового шліфування алмазними кругами на міцній металевій зв'язці М2-01 при зніманні відносно великих припусків.

У зв'язку зі сказаним, в роботі вирішується актуальна і маюча важливе народногосподарське значення задача розробки і впровадження високопродуктивного процесу алмазно-іскрового шліфування виробів з твердих сплавів із збільшеними глибинами шліфування.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана відповідно до комплексної програми Держкомітету України по науці і технологіям: 4.3 «Механічна обробка і засоби з'єднання матеріалів»; 4.3.1 «Технологія алмазної і комбінованої фінішної обробки,...»; етап 5.43.01/11-93 «Фізичне і математичне моделювання базових процесів прецізіонної обробки для забезпечення структурного і параметричного аналізу», затвердженої наказом ДКНТ №52 від 18.06.93 м. і включеної в тематичний план наукових робіт Харківського державного політехнічного університету.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - підвищення ефективне алмазно-іскрового шліфування шляхом забезпечення гостроти рельєфу круга металевій зв'язці М2-01 і збільшення глибини шліфування.

Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані і вирішені насту задачі:

1. Розроблена математична модель процесу різання при шліфуванн урахуванням закономірностей стружкоутворення, зносу зерен і тертя і на її осн виявлені і обгрунтовані умови істотного підвищення продуктивності і зниже: енергоємності обробки.

2. Розроблена наукова методика розрахунку і прогнозування оптимальї умов високопродуктивного алмазно-іскрового шліфування.

3. Розроблені принципи розрахунку основних фізичних парамет шліфування.

4. Проведені експериментальні дослідження алмазно-іскров'

шліфування твердих сплавів із збільшеними глибинами шліфування для переві] теоретичних результатів і виявлення особливостей і потенційних можливос процесу.

5. Розроблені і впроваджені високопродуктивні технології алмаз

іскрового шліфування виробів з твердих сплавів і технологічні умови для створеї спеціального шліфувального обладнання, реалізуючий умови алмазно-іскров шліфування. '

Робота виконана на основі теоретичних досліджень процесу різання і шліфуванні з використанням положень теорії різання матеріалів, технолі машинобудування, опору матеріалів, математичного аналізу. Розрахуі виконувались з використанням ЕОМ. Експериментальні дослідження виконувал: в лабораторних та виробничих умовах на спеціальних установках, збудованих базі шліфувальних верстатів, реалізуючих умови алмазно-іскрового шліфуван Досліджувались основні фізичні та технологічні параметри шліфування і яке оброблювальних поверхонь з використанням сучасних приборів та апарату профілографа-профілометра; електронного мікроскопа і т.і.

Наукова новизна одержачих результатів. Наукова новизна дисертацій роботи складається в розробці науково обгрунтованих принципів проектуванн створення високопродуктивних технологій алмазно-іскрового шліфування твер; сплавів алмазними кругами на міцній металевій зв'язці М2-01 із збільшені: глибинами шліфування, які базуються:

1. На розробленій математичній моделі процесу різання при шліфуваї враховуючій закономірності стружкоутворення, зносу зерен і тертя алмазного кр з матеріалом, що обробляється.

з

2. На теоретично виявлених умовах істотного підвищення продуктивності і зниження енергоємності шліфування, що перебувають в забезпеченні гостроти ріжучого рельєфу алмазного круга на металевій зв’язці М2-01 і підвищенні глибин шліфування шляхом введення в зону різання додаткової енергії в формі електричних розрядів.

3. На результатах, отриманих розрахунково-експериментальним шляхом, згідно яким при алмазно-іскровому шліфуванні істотно знижується інтенсивність тертя зв'язки круга з матеріалом, що обробляється, і збільшується частка різання в загальному енергетичному балансі процесу, підвищується гострота ріжучих кромок круга.

4. На розробленій методиці розрахунку оптимальних умов алмазно-іскрового шліфування твердих сплавів з урахуванням заданих значень величини лінійного зносу зерна і навантаження, діючій на зерно.

5. На результатах експериментальних досліджень, що підтвердили можливість підвищення продуктивності і зниження енергоємності обробки в процесі алмазно-іскрового шліфування кругами на зв'язці М2-01 із збільшеними глибинами шліфування.

Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність роботи складається в розробці високопродуктивного процесу алмазно-іскрового шліфування виробів з твердих сплавів і науково обгрунтованих рекомендацій по його ефективному застосуванню.

Теоретично і експериментально встановлено, що введення в зону різання додаткової енергії в формі електричних розрядів відкриває широкі перспективи використання алмазних кругів на міцних металевих зв'язках типу М2-01, які в умовах звичайного шліфування твердих сплавів практично непрацездатні. З'являється можливість їх ефективного застосування в умовах, близьких до глибинного шліфування, що дозволяє підвищити продуктивність обробки без збільшення енергоємності шліфування і зниження якості обробки.

Розроблені технології плоского і внутрішнього алмазно-іскрового шліфування впроваджені на ХНВО «ФЕД» для обробки твердосплавних пластин, твердосплавних деталей типу втулка і інших із загальним економічним ефектом 230 тис. грн. в рік. Досягнуте збільшення продуктивності обробки в 2...З рази при економічно обгрунтованій витраті алмаза. За рахунок зниження енергоємності процесу забезпечене підвищення якості обробки, що полягає з винятку припалень, сколів, мікротріщин на оброблених поверхнях.

Результати досліджень використані при розробці технічних умов на виготовлення спеціального заточного верстата, реалізуючий алмазно-іскрове шліфування.

Достовірність результатів і висновків, поданих в роботі, виходить з порівняння теоретичних результатів з власними і отриманими іншими авторами

експериментальними даними, а також з порівняння рішень з відомими в літерату отриманими іншими методами.

Особистий внесок здобувана. Особистий внесок здобувача складаєтьо тому, що ним: розробленна модель процесу різання при шліфуваї встановлюючий зв'язок параметрів силової напруженості процесів мікрорізаь одиничним зерном і шліфування з продуктивністю обробки; сформульовс наукове положення про можливість істотного збільшення продуктивності зменшення енергоємності обробки шляхом забезпечення гостроти ріжучі рельєфу алмазного круга на металевій зв'язці N12-01 і підвищення глибі шліфування на основі введення в зону різання додаткової енергії в фо] електричних розрядів; сформульовано наукове положення про можливі' істотного зменшення тертя круга з матеріалом, що обробляється при алмазі іскровому шліфуванні, засноване на новому підході роздільного обліку часі різання і тертя в загальному енергетичному балансі процесу шліфуван розроблена наукова методика розрахунку і прогнозування оптимальних уь високопродуктивного алмазно-іскрового шліфування; розроблені принці: розрахунку основних фізичних параметрів шліфування; проведені комплек експериментальні дослідження, підтверджуючі достовірність теоретичних рішеи можливість стабілізації під часі параметрів алмазно-іскрового шліфування круга на металевій зв'язці М2-01 із збільшеними глибинами шліфування; розроблеі-впроваджені у виробництво високопродуктивні технології плоского і внутрішньї алмазно-іскрового шліфування виробів з твердих сплавів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результ; дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на міжнароді конференціях і семінарах: “Компьютер: наука, техника, технология, образован здоровье”, Харків-Мішкольц, 1994; “Информационные технологии: наука, техни технология, образование, здоровье ”, Харків, 1998; “Високі технології машинобудуванні: сучасні тенденції розвитку”, Харків-Алушта. 16-21 вересня Н Р-

У повному обсязі дисертація докладена та ухвалена на засіданні кафе; “Технологія машинобудування та металорізальні верстати” Харківского державні політехнічного університету.

Публікації. Основні результати дисертації викладені в 3 тезах допові: міжнародних науково-технічних конференцій та 4 науково-технічних працях.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирі розділів і основних висновків, розміщених на 114 сторінках, 49 малюнків та таблиць на 50 сторінках, списку літературних джерел з 223 найменувань на сторінках і 3 додатків, усього 189 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У введенні обгрунтовані актуальність теми і практичне значення досліджень, сформульовані основні наукові положення роботи, що виносяться на захист, і дана загальна характеристика дисертації.

Перший розділ присвячений аналізу відомих результатів теоретичних і експериментальних досліджень алмазного шліфування виробів з твердих сплавів і на їх основі визначенню шляхів істотного підвищення продуктивності і якості обробки з урахуванням економічно обгрунтованої витрати алмаза. Показана перспективність застосування високопродуктивного алмазного глибинного шліфування.

Зазначається, що глибинне шліфування алмазними кругами на металевих зв'язках М2-01 дозволяє в багато разів підвищити продуктивність обробки і знизити витрату алмаза, однак характеризується високою енергоємністю процесу внаслідок засолення і затуплення алмазного круга.

Показана ефективність застосування для обробки твердих сплавів алмазно-іскрового шліфування з відносно невеликими глибинами різання, що забезпечує підвищення продуктивності і зниження енергоємності обробки за рахунок підтримки високої ріжучої здатності алмазного круга. На основі цього сформульоване наукове положення про можливість істотного підвищення продуктивності і зниження енергоємності обробки і витрати алмаза в умовах алмазно-іскрового шліфування із збільшеними глибинами різання алмазними кругами на металевій зв'язці М2-01.

Другий розділ присвячений моделюванню процесу різання при шліфуванні. Розглянута розрахункова схема мікрорізання одиничним зерном (рис. 1),

Рис.1. Розрахункова схема процесу мікрорізання одиничним зерном.

в якій зерно у вигляді сфери представлене пакетом круглих нескінченно ТОНКІ дисків різних діаметрів. Розрахунками встановлено, що для кожного диска існ положення ПЛОЩИНИ зсуву, розглянутої ПІД кутом Рі, в якій дотичні напружен: максимальні. На рис. 1 показаний вигляд зверху межі перетину площин зсуву (д кожного диска) з поверхнею, що обробляється, яка має складну симетричну фор\ відповідну експериментальним даним.

На основі розрахункової схеми рис. 2 отримані аналітична залежте основних параметрів мікрорізання одиничним зерном.

PZ1 = 3-X^.3

РУ1=3-Х2-3

HV-siny ]

COSV|/ • (1 — sin у) J

-|2

(І-пМсдв,1

HV-siny T (1 — r|)• tc

cosvy-(l-siny)J

Kpe3=2.p = 2-

JtgB-cosV (1 — T|) (1-siny) 4-HV ’ r) " siny ’

,, HV-siny у 2

n ■ \ ' n \"ТСДВ >

cosv|/-(1-siny) (1 — T|)

az _ о-л) (1-siny)

R Г) sin у ’

4

Крез '

(1)

(2)

(3)

(4)

(5) (6)

де Р2|, Ру1 - відповідно тангенціальна та радіальна складаючи сили різання, Крез= Рг|/ Руі —коефіцієнт різання; а - умовна напруга різання (рівний енергоємної ізання), Па; р - кут зсуву матеріала; тсдв, асж - відповідно межі міцності на зсув затиску матеріала, Па; НУ - твердість матеріалу, що обролюється (по Віккерсу), Г а2 - товщина срізу, м; Я - радіус зерна, м; І§\); = Г — коефіцієнт тертя зерна з \ теріалом (^ - кут тертя); у - половина кута при вершині конусоподібного зерна; а коефіцієнт, враховуючий частку “чистого” різання в енергетичному балансі проце мікрорізання; г| - коефіцієнт, обумовлюючий ступінь затуплення зерна (г| = Х/І змінюється в межах 0...1; X - величина лінійного зносу зерна, м; Н=а2+Х - умов глибина занурення зерна в матеріал, м.

Мал.2. Розрахункова схема параметрів шліфування.

Виходячи з приведеної

залежності, зменшити ст і збільшити КР|3 можна

зменшенням коефіцієнта г|—»0, тобто різанням «острьім» зерном. Це збільшує співвідношення а2ЛІ і інтенсифікує процес

стружкоутворення. Розходження розрахункових і експериментальних даних Кріз (табл. 1) не перевищує 10%, що свідчить про достовірність розглянутої

розрахункової схеми.

Таблиця 1

Експериментальні і розрахункові значення параметрів процесу мікрорізання одиничним зерном сталі У8 (11=20 мкм; НУ=5200 Па; т=700 Па; \|/=30°)

Рм, н 2,0 3,0 5,0 7,0 9,0

Кріз роз 0,26 0,29 0,33 0,36 0,37

Кріз експ 0,2 0,3 0,45 0,35 0,35

а/Я 0.075 0.1 0.15 0,2 0,22

Л 0,674 0,607 0,508 0,436 0,423

З збільшенням Руі (відповідно а2) співвідношення а/Я збільшується, а коефіцієнт Г) зменшується. Це вказує на поліпшення умов стружкоутворення при мікрорізанні.

На основі експериментальних даних проф. Богомолова М.І. і Крагельського

І.В. про граничні значення а/Я встановлене, що процес стружкоутворення можливий при г| < 0,7...0,9.

Розглядаючи а„ як функцію від параметрів процесу шліфування, отримана аналітична залежність для визначення продуктивності шліфування (2

с>=

"т-Укр-С05\|/(і-5Іпу)12 а3 (1 — ті) В

630-7Г- НУ-БІПу ] 27'Тзсув'Х Л5 Узет'Р

(7)

де гп - об'ємна концентрація круга; X- зерністість круга, м: В - висота круга, р=—ї—і—ї—; Якр, Клсг - згідно радіуси крута та деталі, м: Р.і - сила, при яь

зерно руйнується, Н; Укр, - згідно швидкості круга та деталі, м/с.

Збільшення можливо збільшенням параметрів гп, Р>ь Укр та зменшенням Vj.Tr, V, рис. 3.

Чим міцніше матеріал, що твердіше обробляється, тим менше Найбільший вплив на (} надає коефіцієнт г|. Отже, зменшення Г| - основний шл збільшення продуктивності <3 і зниження умовного напруження резін (енергоємність обробки) о.

Глибина шліфування І при цьому встановлюється відповідно до залежної 1=С>/(В- Улет). Очевидно, глибина шліфування І тим більше, чим менше Удег.

Рис. 3. Блок-схема умов підвищення продуктивності шліфування.

Третій позліл присвячений експериментальним дослідженням процесу алмазі іскрового шліфування твердих сплавів із збільшеними глибинами різан алмазними кругами на металевій зв'язці М2-01. Встановлено, що при плоско

алмазно-іскровому шліфуванні по жорсткій схемі продуктивність <3, потужність N і енергоємність обробки а стабілізуються у часі (рис. 3). При звичайному алмазному шліфуванні з течією часу обробки продуктивність зменшується, потужність і енергоємність необмежено збільшуються в зв'язку із затупленням круга. Отже, введення в зону різання додаткової енергії в формі електричних розрядів дозволяє за рахунок термічного руйнування зв'язки і продуктів обробки підтримувати в процесі високу ріжучу здатність алмазного круга. Це забезпечує збільшення в 2...З рази продуктивності обробки і у стільки ж разів - зменшення потужності і енергоємності шліфування.

Розрахунково-експериментальним шляхом встановлено, що при плоскому алмазно-іскровому шліфуванні із збільшеними глибинами різання коефіцієнт г| рівний 0,3, а частка «чистого» різання в загальному енергетичному балансі шліфування становить а=33%. Інша частина енергії затрачується на подолання тертя металевої зв'язки і зерен з твердим сплавом, що обробляється. При звичайному алмазному шліфуванні з течією часу обробки коефіцієнт а->0, тобто основна частина енергії затрачується на тертя круга з твердим сплавом.

Встановлено, що при алмазно-іскровому шліфуванні по пружній схемі торцем алмазного круга частка «чистого» різання більше і становить' а=38...41%. Для порівняння розраховані значення а за експериментальними даними проф. Узуняна М.Д., Наприклад, для алмазно-іскрового шліфування твердого сплаву Т15К6 по пружній схемі торцем круга а=43...52%, для звичайного алмазного шліфування -

а=14...24%, для мікрорізання одиничним алмазним зерном сс=40...71%. Отже, застосування алмазно-іскрового шліфування підвищує значення а і наближає їх до значень а, отриманих при мікрорізані одиничним зерном, коли відсутнє тертя зв'язки з матеріалом, що обробляється.

Встановлено, що при внутрішньому звичайному шліфуванні твердого сплаву ВК15 алмазним кругом на металевій зв'язці М2-01 коефіцієнт г| збільшується у часі (табл.2) і приймає значення близькі до граничних (г)=0,7), коли процес стружкоутворення припиняється. Це пов'язано із затупленням круга. При шліфуванні ашазним кругом на органічній зв'язці В2-01 коефіцієнт г| стабілізується у часі в зв'язку з самозаточуванням круга. Такий же характер зміни г| має місце прн атмазно-іскровому шліфуванні внаслідок стабілізації ріжучого рельєфу круга.

Рис.4. Залежність потужності N(1), енергоємності а (2) і продуктивності О (З обробки від часу при звичайному алмазному (а) і алмазно-іскровому (с шліфуванні.

Розрахункові значення коефіцієнта г)

Час обробки, хв 4 8 10

Зв'язка М2-01 0,54 0,55 0,59 0,62

Зв'язка В2-01 0,36 0,4 0,44 0,44

Розрахунково-експериментальним шляхом встановлено, що сила Р>і, діюча на окреме зерно круга, при алмазно-іскровому шліфуванні стабілізується у часі, а при звичайному алмазному шліфуванні безперервно збільшується в зв'язку із затупленням зерна. При звичайному шліфуванні алмазним кругом на зв'язці М2-01 сила Р;і майже в 10 разів більше, чим при шліфуванні алмазним кругом на органічній зв'язці В2-01.

Отже, алмазно-іскрове шліфування дозволяє зменшити параметри г| і Р^. що веде до збільшення продуктивності обробки і зниження питомої витрати алмаза, енергоємності і відповідно сил і температури різання.

Експериментально встановлене, що при алмазно-іскровому шліфуванні із збільшеними глибинами різання параметр шорсткості Ra стабілізується у часі, а при звичайному алмазному шліфуванні безперервно збільшується в зв'язку із затупленням алмазного круга і зменшенням кількості працюючих зерен. На основі теоретичних і экспериментальных досліджень показано переважаючий вплив зернистості крута на шорсткість обробки: чим менше зернистість, тим менше параметр Ra. При алмазно-іскровому шліфуванні із збільшеними глибинами різання параметри t і Улет майже не впливають на Ra, в поверхневому шарі формуються сприятливі стискуючі залишкові напруги, що значно перевищують по величині залишкові напруження при звичайному алмазному шліфуванні. Отже, при алмазно-іскровому шліфуванні температурний чинник виявляється в меншій мірі, переважає силовий чинник, що дозволяє підвищити якість обробки.

На основі оптимізації алмазно-іскрового шліфування виробів з твердих сплавів рекомендуються наступні найвигідніші режими: для плоского шліфування -t=0,03...0,l мм, VJCT =2...4 м/хв, VKp =30...40 м/с; для внутрішнього шліфування -t=0,3...0.5 мм/хв, Удст = 30...60 м/хв, VKp =25...30 м/с, SKp= 1 ...3 м/хв. Як джерела технологічного струму рекомендується використати генератори імпульсного або постійного струму потужністю понад 1,5 кВт.

Четвертий розділ присвячений питанням технічного забезпечення плоского, внутрішнього і торцевого алмазно-іскрового шліфування і практичної реалізації результатів досліджень. Приведені рекомендації по переутворенню шліфувальних станків під високопродуктивне алмазно-іскрове шліфування. наведені

характеристики рекомендованих джерел технологічного струму і техніч пропозиції по вдосконаленню процесу алмазно-іскрового шліфуван твердосплавних різців на спеціальному заточувальному верстаті-напівавтом; моделі ЗЕ624ЕР, виготовленому Мукачевським верстатобудівним заводе Обгрунтована ефективність впровадження процесів плоского і внутрішньо алмазно-іскрового шліфування виробів з твердих сплавів на ХМЗ "ФЕД", я складається в можливості поєднання попереднього і остаточного шліфування одну операцію, виключенні застосування абразивних кругів і можливості зніман великих припусків (до 2 мм), підвищенні продуктивності обробки в 2-3 рази п економічно обгрунтованій витраті алмаза, забезпеченні необхідних показниі якості обробки (виключення втрат від браку), виключенні додаткових фінішн операцій, які виконувалися після абразивної обробки.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ

У дисертаційної роботі вирішена актуальна для машинобудування зада розширення технологічних можливостей процесу алмазно-іскрового шліфуван на основі застосування умов обробки, близьких до умов глибинного шліфуван алмазним кругом на міцній металевій зв'язці М2-01, з метою підвищен продуктивності і зниження енергоємності обробки на операціях плоского внутрішнього шліфування виробів з твердих сплавів.

1. Розроблена математична модель процесу різання при шліфуванні урахуванням закономірностей стружкоутворення, зносу зерен і тертя круга матеріалом, що обробляється, що дозволило аналітично описати основні парамет силової напруженості процесу шліфування, пов'язати їх з продуктивністю обробк теоретично вирішити задачу визначення оптимальних умов обробки з урахуванн обмеження по енергоємності процесу (яка є основним обмежуючим чинник інтенсифікації шліфування виробів з твердих сплавів із застосуванням алмази кругів на металевих зв'язках).

2. Теоретично встановлене, що енергоємність обробки цілком однознач визначається безрозмірним параметром г|> шо враховує міру затуплення зерн змінюється в межах 0...1 (умова г| —>0 відповідає роботі гострим кругом, уме г| —> 1 - роботі затупленим кругом). Це свідчить про ефективність управління п шліфуванні величиною лінійного зносу зерен до моменту їх об'ємного руйнувань випадання із зв'язки шляхом забезпечення режиму самозаточування круга £ застосування високопродуктивного процесу алмазно-іскрового шліфування, поєднує механічне різання алмазними зернами з безперервно?! електроерозійи правкой круга за рахунок ударно-термічного руйнування металевої зв'язкі продуктів обробки і забезпечуючого підтримку високої ріжучої здатності алмазне круга. '

3. Теоретично встановлене, що досягнути істотного збільшення продуктивності обробки при заданій величині лінійного зносу зерна (що визначає енергоємність обробки) можна застосуванням умов глибинного алмазно-іскрового шліфування алмазним кругом на міцній металевій зв'язці М2-01 при дотриманні оптимальних співвідношень між параметрами режиму шліфування, характеристиками круга і виробу, що обробляється. включаючи величину навантаження, діючу на зерно круга.

4. Експериментально встановлено, що введення в зону різання додаткової електричної енергії у вигляді електричних розрядів дозволяє стабілізувати у часі на заданому рівні основні фізичні і технологічні параметри шліфування виробів з твердих сплавів із застосуванням алмазних кругів на міцній металевій зв'язці М2-01 і збільшених глибин шліфування. Енергоємність обробки при цьому може бути зменшена до рівня звичайного багатопрохідного шліфування, що відкриває нові можливості підвищення продуктивності обробки без зниження якості поверхонь, що обробляються.

5. Розрахунково-експериментальним шляхом встановлено, що безрозмірний параметр г|, що визначає міру затуплення зерна, і сила різання, діюча на окреме зерно алмазного круга, в умовах алмазно-іскрового шліфування залишаються майже незмінними з течією часу обробки і приймають менші значення в порівнянні із звичайним алмазним шліфуванням, де вони за часом безперервно збільшуються і знижують продуктивність обробки аж до нуля.

6. Розрахунково-експериментальним шляхом встановлена чітка кореляція між параметром г| і силою різання, діючою на зерно крута, з одного боку, і продуктивністю обробки, з іншого боку, в залежності від параметрів режиму шліфування і характеристик круга. Це підтверджує достовірність теоретичних результатів і можливість застосування розрахункової залежності для виявлення і обгрунтування умов істотного підвищення продуктивності і зниження енергоємності алмазного шліфування.

7. Розрахунково-експериментальним шляхом встановлено, що при алмазно-іскровому шліфуванні практично виключається тертя металевої зв'язки круга з матеріалом, що обробляється, тоді як при звичайному алмазному шліфуванні частка енергії тертя в загальному енергетичному балансі процесу шліфування складає до 95%. Це дозволяє істотно знизити силову і теплову напруженість процесу шліфування і підвищити якість обробки.

8. Експериментально встановлене, що при алмазно-іскровому шліфуванні твердих сплавів із збільшеними глибинами шліфування шорсткість оброблених поверхонь практично не залежить від зміни параметрів режимів шліфування, а в поверхневому шарі матеріалу формуються сприятливі стискуючі залишкові напруги.

9. На основі результатів досліджень розроблені і впроваджені у виробництв високопродуктивні процеси плоского і внутрішнього алмазно-іскровог шліфування твердосплавних пластин і вставок із застосуванням алмазних кругів г міцній металевій зв'язці М2-01 і збільшених глибин шліфування, що забезпечують 2...З рази збільшення продуктивності обробки при економічно обгрунтовані витраті алмаза і високій якості обробки. Економічний ефект від впроваджень; складає 230 тис. грн. в рік.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. . Гасанов М.И. Условия снижения энергоемкости глубинного алмазног шлифования /Вестник ХГПУ. Харьков, 1998. №51.-С.106-109.

2. Беззубенко Н.К., Гасанов М.И. Расчет и анализ основных физически параметров алмазного шлифования / Резание и инструмент в технологичски системах. Международный научно-технический сборник.- Харьков, 1999. №54 С.29-31.

Автор виконав розрахунок основних фізичних параметрів алмазног шліфування.

3. Гасанов М.И. Расчет нагрузки, действующей на отдельное зерно, пр алмазном шлифовании / Вестник ХГПУ, Харьков, 1999. №32.-С.129-131.

4. Гасанов М.И. Основные закономерности алмазно-искрового шлифования увеличенными глубинами резания / Вестник ХГПУ, Харьков, 1999. №32.-С.132-13^

5. Давыдов В.Н., Гасанов М.И., Шибер М.А. Автоматизация проектирована технологических процессов // Компьютер: наука, техника, технология, здоровь Тезисы докладов международной научно-технической конференции.- Харької Мишкольц, 1993.-С.64-66.

Автор прийняв участь в розробці технологічних процесів шліфування.

6. Гуцаленко Ю.Г., Гасанов М.И., Шибер М.С. О разработке моделей процесс шлифования // Компьютер: наука, техника, технология, образование, здоровь Тезисы докладов международной научно-технической конференции.- Харької Мишкольц, 1994.-С.57.

Автор прийняв участь в розробці моделі процеса шліфування.

7. Гасанов М.И. Автоматизированное проектирование комбинированны процессов обработки //Информационные технологии: наука, техника, технологи образование, здоровье. Материалы международной научно-техническс конференции.- Харьков, 1995.-С.47.

15

АНОТАЦІЇ

Гасанов Магомедємін Ісамагомедович. “Підвищення ефективності алмазно-іскрового шліфування шляхом забезпечення гостроти ріжучого рел’єфу круга у режимі збільшених глибин”.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 - процеси механічної обробки, верстати та інструменти. Харківський державний політехнічний університет, Харків, 2000.

Дисертація присвячена рішенню актуальної задачі підвищення ефективності обробки виробів з твердих сплавів шляхом застосування алмазно-іскрового шліфування із збільшеними глибинами різання. Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані і вирішені наступні задачі: розроблена математична модель процесу різання при шліфуванні з урахуванням закономірностей стружкоутворення, зносу зерен і тертя і на її основі виявлені і обгрунтовані умови істотного підвищення продуктивності і зниження енергоємності обробки; розроблена наукова методика розрахунку і прогнозування оптимальних умов високопродуктивного алмазно-іск-рового шліфування; розроблені принципи розрахунку основних фізичних параметрів шліфування; проведені експериментальні дослідження алмазно-іскрового шліфу-вання твердих сплавів із збільшеними глибинами шліфування для перевірки теоре-тичних результатів і виявлення особливостей і потенційних можливостей процесу; розроблені і впроваджені високопродуктивні технології алмазно-іскрового шліфуван-ня виробів з твердих сплавів і технологічні умови для створення спеціального шліфувального обладнання, реалізуючий умови алмазно-іскрового шліфування.

Ключоєві слова: алмазно-іскрове шліфування, знос круга, математична модель, енергоємність обробки, продуктивність шліфування, алмазний круг, режими обробки, коефіцієнт шліфування.

Gasanov Magomedemin Isamagomedovich. Raising diamond-spark grinding efficiency providing grinding wheel with sharp cutting relief in the condition of increased depth.- Manuscript.

A thesis for a scientific degree of technical sciences candidate according to spcial-ity 05.03.01 - processes of machining, machines and tools. Kharkov State Polytechnical University, Kharkov, 2000.

The dissertation is devoted to the urgent problem of raising hard alloy articles machining efficiency by means of diamond-spark grinding with increased depth. To achieve the object the following problems were formulated and sowed:

— mathematical model of cutting while grinding taking into account chip formation, grain wear and friction was developed and on its basis considerable capacity increase

conditions and reduction of machining energy consumption were revealed and subst ated;

— scientific analysis technique and prediction of high capacity diamond-spark g ing optimum conditions were devised:

— principles of basic physical properties analysis were elaborated;

— experimental research of hard alloys diamond-spark grinding with increased с

was made to examine theoretical results and show the peculiarities and potentialiti' the process;

— high hard alloys diamond-spark grinding techniques and procedures and speci

tions for making special diamond-spark grinding equipment were worked out and i

duced.

Key words: diamond-spark grinding, grinding wheel wear, mathematical model, chining energy consumption, grinding capacity, diamond grinding wheel, modes of chining, grinding coefficient.

Гасанов Магомедэмин Исамагомедович. Повышение эффективности as. но-искрового шлифования путем обеспечения остроты режущего рельефа кр;, режиме увеличенных глубин. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических нау специальности 05.03.01 — процессы механической обработки, станки и инстру ты. Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 2001

Диссертация посвящена решению актуальной задачи повышения эффекта сти обработки изделий из твердых сплавов путем применения алмазно-искро шлифования с увеличенными глубинами резания. Необходимость решения т задачи обусловлена относительно низкими производительностью и качеством с ботки при обычном абразивном шлифовании изделий из твердых сплавов и ве высокими значениями энергоемкости обработки и износа круга при алмазном i фовании, так как применение алмазных кругов на металлических связках прив к их засаливанию и быстрой потере режущей способности. Введение в зону рез дополнительной электрической энергии в результате ударно-термического во: ствия на металлическую связку и продукты обработки, удерживаемые на раб поверхности круга, позволяет стабильно поддерживать в процессе шлифованш сокую режущую способность круга, что предопределяет повышение ПрОИЗЕ тельности, качества обработки и стойкости круга, снижение энергоемкости шл вания.

В диссертации разработана математическая модель процесса резания шлифовании, получены аналитические зависимости для определения угла ел при стружкообразовании, коэффициента резания и условного напряжения рез; составляющих силы резания. Показано преобладающее влияние остроты зере основные параметры шлифования. Теоретически определена производителе

шлифования и выявлены основные направления её увеличения с учетом ограничения по энергоемкости обработки, состоящие в поддержании на круге развитого режущего рельефа путем применения алмазно-искрового шлифования и электро-физико-химических методов правки алмазных кругов на металлических связках, а также применения глубинного шлифования. Доказано, что расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 10%.

Приведены результаты комплексных экспериментальных исследований плоского, внутреннего и торцевого (по упругой схеме) алмазно-искрового шлифования твердых сплавов с увеличенными глубинами резания алмазными кругами на прочной металлической связке М2-01.

Установлено, что при обычном алмазном шлифовании мощность и энергоемкость обработки с течением времени неограниченно увеличиваются, а производительность уменьшается (вплоть до нуля) вследствие затупления и засаливания круга. При алмазно-искровом шлифовании эти параметры стабилизируются во времени, что позволяет в 2...3 раза повысить производительность обработки, многократно уменьшить энергоемкость шлифования и износ круга. Расчетно-экспериментальным путем установлено, что доля энергии «чистого» резания в общем энергетическом балансе процесса алмазно-искрового шлифования составляет 40...60%, при обычном алмазном -более 20%, т.е. алмазно-искровое шлифование существенно уменьшает трение связки круга с обрабатываемым материалом. Безразмерный коэффициент г| определяющий степень остроты зерен изменяется в пределах от 0 до 1. При г) > 0,8 процесс резания отсутствует, для алмазно-искрового шлифования безразмерный коэффициент принимает значения г| > 0,4, для обычного алмазного шлифования -г) > 0,6. Следовательно, при алмазно-искровом шлифовании протекает интенсивный процесс стружкообразования.

Установлено, что при высокопроизводительном алмазно-искровом шлифовании твердых сплавов обеспечивается шероховатость обработки на уровне Яа = 0,6 мкм, в обработанном поверхностном слое формируются благоприятные сжимающие остаточные напряжения, что указывает на преобладание силового фактора по сравнению с тепловым в формировании параметров качества обработки.

В диссертации разработана и экспериментально подтверждена методика расчета оптимальных условий алмазно-искрового шлифования твердых сплавов, а также методика расчета основополагающих параметров шлифования. Разработаны высокопроизводительные технологии алмазно-искрового шлифования изделий из твердых сплавов и технические условия по совершенствованию специального шлифовального станка, реализующего алмазно-искровое шлифование.

Ключевые слова: алмазно-искровое шлифование. износ круга,

математическая модель, энергоемкость обработки, производительность шлифования, алмазный круг, режимы обработки, коэффициент шлифования-.