автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности и оптимизация процесса вибрационной обработки деталей за счет применения новых экологически чистых абразивных и смазочно-охлаждающих технологических сред

Введение.

Глава I

Состояние вопроса и постановка задач исследования.

1.1 Сущность и технологические возможности вибрационной обработки.

1.2 Краткий обзор работ в области разработки и исследования абразивных и смазочно-охлаждающих технологических сред ^ 1.2.1. Разработка абразивных сред.

1.2.2. Смазочно-охлаждающие технологические среды при ВиО. ^

1.3. Цели и задачи исследования. ^

Глава II

Теоретические исследования эффективности использования при ВиО новых абразивных и смазочно-охлаждающих сред.^

2.1. Исследование свойств новых абразивных сред на полимерных связках.^

2.2. Моделирование режущего профиля абразивных гранул.^

2.3. Моделирование процесса удаления металла в зависимости от концетрации абразивных зерен в гранулах. ^

2.4.Математическое моделирование параметров установившейся шероховатости обработанной поверхности в зависимости от концентрации абразивных зерен в гарнулах. ^

2.5. Расчет времени обработки для достижения заданной шероховатости при ВиО. ос

2.6. Интенсификация процесса вибрационной обработки при использовании смазочно-охлаждающих технологических сред на основе полимеров. ^^

Глава III

Методика экспериментальных исследований.

3.1. Технологическое оборудование.

3.2. Выбор материала образцов.

3.3. Рабочие среды.

3.4. Смазочно-охлаждающие технологические среды.

3.5. Определение эксплуатационных показателей абразивных сред

Глава IV

Экспериментальные исследования процесса ВиО с использованием абразивных сред и СОТС.

4.1. Исследование процесса ВиО при использовании новых абразивных сред на полимерных связках.

4.2. Исследование влияния концентрации абразивных зерен в гранулах на съем металла, параметры установившейся шероховатости обрабатываемых деталей и время достижения установившейся шероховатости.

4.3. Исследования по подбору состава новых экологически чистых полимерсодержащих СОТС.

4.4. Исследования интенсификации процесса ВиО при использовании новых экологически чистых СОТС.

4.5. Исследования времени использования при ВиО новых СОТС

4.6. Исследование возможности использования в качестве абразивного наполнителя отходов производства.

Глава V

Оптимизация технологического процесса ВиО при использовании новых абразивных сред и СОТС.

5.1. Методические вопросы оптимизации.

5.2. Разработка общей структуры САПР ТП.

5.3. Экономическое обоснование применения новых экологически чистых абразивных сред при ВиО.

Развитие современного производства и постоянное наращивание темпов и объемов выпуска изделий в различных областях промышленности, а также необходимомть снижения себестоимости выпускаемой продукции обуславливают жесткие требования к качеству изделий и ставят задачи повышения производительности труда. Нередко применение традиционных методов обработки при необходимости повысить качество продуктов производства приводит к увеличению их себестоимости. Также зачастую исчерпаны технологические возможности повышения производительности.

Одним из качественно новых путей развития технологии машиностроения является применение методов вибро-абразивной обработки деталей. Вибро-абразивная обработка позволяет обеспечить требуемые точночсть и качество деталей при высокой производительности и низкой себестоимости, а также высокую надежность и долговечность машин в процессе эксплуатации. Одним из путей интенсификации вибро-абразивной обработки является применение новых экологически чистых абразивных и смазочно-охлаждающих сред.

Вследствии постоянного переоснащения машиностроительных заводов новым оборудованием перед технологическими службами предприятий и институтов возникает необходимость решения задач автоматизации проектных работ в области технологической подготовки производства (ТПП), которая занимает значительную долю в современном машиностроительном производстве.

Разработка и широкомассштабное использование систем автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП) позволяет снизить затраты на создание и эксплуатацию труда технологов, уменьшить объем технологической документации. Существенным преимуществом автоматизированной ТПП является выполнение рутинной работы и подготовка информации с помощью ЭВМ. Кроме того, появляется возможность использования различных альтернативных решений благодаря высокому быстродействию средств вычислительной техники.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. В результате проведения комплексных теоретических и экспериментальных исследований, выполненных на основе принципов и положений системного анализа, решена важная научная задача, имеющая важное производственное и экономическое значение -разработаны основы механизма действия новых экологически чистых абразивных сред и СОТС при ВиО, включающие в себя комплекс феноменологических моделей, учитывающих характер и параметры механохимических процессов в контакте «гранула-деталь», позволяющие вести целенаправленный поиск оптимального состава среды.

2. Разработан состав и способ производства новых экологически чистых абразивных сред на полимерном связующем и экспериментально подтверждена эффективность их использования при ВиО.

3. Теоретически доказана возможность использования для расчета количества зерен выступающих над уровнем связки гранул степенной функции распределения.

4. Разработаны и экспериментально подтверждены модели съема металла с поверхности обрабатываемой детали, параметров установившейся шероховатости и времени её достижения в зависимости от коэффициента концентрации абразивных зерен в грануле.

5. Теоретически и экспериментально доказано повышение производительности ВиО под воздействием внешней среды, состоящей из двух основных фаз: полимерсодержащей СОТС и твердой дисперсной фазы - абразивных гранул, и их сочетаний.

6. Экспериментально исследовано изменение физико-химических параметров новых СОТС, влияние этих изменений на технологические показатели ВиО и определено время эффективного использования новых СОТС.

200

7. Проведено экономическое обоснование исследований по повышению эффективности процесса ВиО при использовании новых экологически чистых абразивных сред и СОТС.

8. Впервые экспериментально доказана возможность использования для ВиО абразивных сред на полимерном связующем, в которых роль абразива выполняют отходы металлургического производства - шлаки и песок.

9. На основании проведенных исследований разработаны технологические рекомендации для ВиО деталей из машиностроительных материалов.

10.На основе системного подхода проведена оптимизация технологического процесса ВиО, при обработке в новых экологически чистых абразивных средах и СОТС.

11. Приведенные в работе теоретические положения и экспериментальные исследования использованы при создании новых абразивных сред и СОТС для ВиО, внедренных на предприятиях России и Украины.

12.На основании результатов исследований поданы три заявки на изобретение новых абразивных сред и СОТС, и получены приоритеты.

1. Абразивные материалы и инструменты. Справочник-каталог. М., НИИмашиностроения, 1972, 319 с.

2. Авдеев Д.Т., Дробот М.Н. В кн.: Трение, износ и смазка. Труды Новочеркасского политехнического" института им. С. Орджоникидзе, 1971, 263, 3.

3. Амелин А.В. Механика полимеров, 1967, 1, 80.

4. Апатовский Б.Е., Белинкин А.А. Полирование металлов и пути его механизации. Машиностроение, JT, 1967.

5. Арон Я.Б., Ребиндер П.А. ДАН СССР, 1946, 52, 3,235.

6. Бабичев А.П. Исследование технологических основ процессов обработки деталей в среде колеблющихся тел с использованиемнизкочастотных вибраций: Дис.др-ра техн.наук: 05.02.08.

7. Ростов на - Дону, 1975. - 462 с.

8. Бабичев А.П. Основы вибрационной технологии: Учебное пособие. Ростов - на - Дону, 1994. - 187 с.

9. Байкалов А.К. Введение в теорию шлифования материалов. К., Наукова думка. 1978. 207 с.

10. Бакуль В.Н. Число зерен в одном карате одна из важнейших характеристик алмазного порошка. - Синтет. алмазы, 1976, вып. 1, с. 24-28.

11. Бакуль В.Н. Справочник по алмазной обработке металлорежущего инструмента. Техшка, К., 1971.

12. Барамбойм Н.К. Механохимия высокомолекулярных соединений, Химия, М., 1971.

13. Бартенев Г.М., Лаврентьев В.В. Трение и износ полимеров. Химия, Л., 1972.

14. И.Бердаков В.Ф., Бабанин А.В., Богоимолов Н.И. Изучение механических свойств различных абразивных материалов в зерне методом микровдавливания. Абразивы, 1975, № 8, с. 1-10.

15. Безбородько М.Д., Соломенко И.И. В кн.: Теория смазочного действия и новые материалы. Наука, М., 1965, с. 75.

16. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам. Наука и техника, Минск, 1971.

17. Берлин А.А., Басин В.Е. Основы адгезии полимеров.«Химия», М., 1969.

18. Билик Ш.М. Абразивно-жидкостная обработка металлов. М.: Машгиз. I960.- 199 с.

19. Богомолов Н.И. Основные процессы при взаимодействии абразива и металла. Автореф. докт. дис. К., 1968. 46 с.

20. Богучаева Г.В. Износ и стойкость абразивного инструмента. Автореф. докт. дис. Тбилиси, 1968, 25 с.

21. Боровиков А.А. Теория вероятностей. М., Наука, 1976. 352 с.

22. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. Изд. 3-е.М., Наука, 1964. 576 с.

23. Виноградов Г.В. и др. В кн.: Теория смазочного действия и новые материалы. Наука, М., 1965, с. 8.

24. Гороховский Г.А. В кн.: Инженерная механика полимеров и применение пластмасс в промышленности. МЕЦНИЕРЕБА, Тбилиси, 1969, с. 151.

25. Гороховский Г.А. Поверхностное диспергирование динамически контактирующих полимеров и металлов. Наукова думка, К., 1972.

26. Гороховский Г.А., Дмитриева Т.В., Автайкин В.П. В кн.: Синтез и физико-химия полимеров. Наукова думка, К., 1973, 13, 40.

27. Горюнов Ю.В., Перцов Н.В., Сумм Б.Д. Эффект Ребиндера. Наука, М., 1966.

28. Емельянов Б.М., Шило А.Е. Синтетические алмазы, 1971, 2, 51.

29. Ипполитов Г.М. Абразивные инструменты. Станки и инструмент, 1967, №11, с. 24-28.

30. Ипполитов Г.М. Абразивно-алмазная обработка. Изд. 2-е. М., Машиностроение, 1969. 336 с.

31. Кащеев В.Н. Абразивное разрушение твердых тел. М., «Наука», 1970,247 с.

32. Королев А.В. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке. Саратов. Изд-во. Сарат. ун-та, 1975. 189 с.

33. Карпенко Г.В. Влияние активных жидких сред на выносливость стали. Изд-во. АН УССР, К., 1955.

34. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения. Машиностроение, М., 1962.

35. Крагельский И.В. Трение и износ. «Машиностроение», М., 1968.

36. Кремень З.И., Павлючук А.И. Абразивная доводка. Машиностроение, М. JL, 1967.

37. Кремень З.И. Выбор оптимальных условий абразивной доводки металлов. Вестн. машиностроения, 1969, № 5, с. 48-49.

38. Липатов Ю.С. Физико-химия наполненных полимеров. Наукова думка, К., 1967.

39. Липатов Ю.С. и др. Справочник по химии полимеров. Наукова думка, К., 1971.

40. Лихтман В.И., Ребиндер П.А., Карпенко Г.В. Влияние поверхностно-активной среды на процессы деформации металлов. Изд-во АН СССР, М., 1954.

41. Лоладзе Г.Н., Бокучаева Г.В. Режущие свойства алмазно-абразивного инструиента и пути повышения его качества. В кн.: Синтетические алмазы в промышленности, К., 1974, с. 149-155.

42. Львов Н.Л. Определение минимально возможной толщины срезаемого слоя. - Станки и инструмент, 1969, №4, с. 35-36.

43. Маслов Е.Н. Основы теории шлифования металлов. М., Машгиз, 1951, 190 с.

44. Маслов Е.Н. Механизм работы абразивного зерна при шлифовании. В кн.: Основные вопросы высокопроизводительного шлифования. М., 1960, с. 5-29.

45. Маслов Е.Н. Теоретические основы процесса алмазной обработки материалов. В кн.: Обработка машиностроительных материалов алмазным инструментом. М., 1966, с. 14-19.

46. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. М., Машиностроение, 1974. 320 с.

47. Мартынов А.Н. Основы метода обработки деталей свободным абразивом, уплотненным инерционными силами. Саратов: Изд-во Саратов, ун-та, 1981, 212 с.

48. Маталин А.А. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин. М., 1966, с. 14-19.

49. Маталин А.А. Влияние алмазной обработки на состояние поверхностного слоя. В кн.: Синтетические алмазы в промышленности. К., 1974, с. 146-294.

50. Мацуи. Механизм резания абразивными зернами. Пер. с яп. -Какай-мокэнкю, 1971, 23, №12, с. 1611-1616.

51. Пилинский В.И., Шипанов В.В., Гордеев А.В. Методика и результаты исследования процесса шлифования единичным зерном. Теплофизика техгнол. процессов, 1973, вып. 1, с. 54-62.

52. Попов С.А., Малевский Н.П., Терещенко JI.M. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов. М., Машиностроение, 1977, 263 с.

53. Ребиндер П.А. Влияние активных смазывающе-охлаждающих жидкостей на качество поверхности при обработке металлов. Изд-во АН СССР, М., 1946.

54. Редько С.Г. Количество абразивных зерен шлифовального круга, участвующих в резании. — Станки и инструмент, 1960, №12, с. 1012.

55. Редько С.Г., Королев А.Н. Расположение абразивных зерен на рабочей поверхености шлифовального круга. Станки и инструмент, 1970.-№5, с. 40-41.

56. Резников А.Н. Краткий спарвочник по алмазной обработке изделий и инструментов. Куйбышев, Куйбышев, кн. изд-во, 1967. 201 с.

57. Резников А.Н. Теплофизика резания. М., Машиностроение, 1969. 287 с.5 7. Справочник по алмазной обработке металлорежущего инструмента. Под ред. В.Н. Бакуля. К., Техника, 1970, 207 с.

58. Симонеску К., Опреа К. Механохимия высокомолекулярных соединений. Мир, М., 1970.

59. Тамаркин М.А. Исследование и разработка методических основ расчета оптимальных техннологических параметров процесса вибрационной обработки: Дис. . канд. техн. наук: 05.02.08. -Ростов-н/Д, 1982.

60. Тамаркин М.А. Технологические основы оптимизации процессов обработки деталей свободными абразивами. Дис. . докт. тех. наук: 05.02.08. Ростов- н/Д, 1995, 298 с.

61. Тамаркин М.А. Оптимизация технологических параметров процесса вибрационной обработки // Межвуз. сб. Совершенствование процессов отделочно-упрочняющей обработки деталей, Ростов-н/Д, 1986.-С. 24-28.

62. Худобин JI.B. Смазочно-охлаждающие средства, применяемые при шлифовании.- М.: Машиностроение, 1971.- 212 с.

63. Ящерицын П.И. Зайцев А.Г. Повышение качества шлифованных поверхностей и руежущих свойств абразивно-алмазного инструмента. Минск, Наука и техника, 1972, 480 с.1. УТВЕРЖДАЮ:

64. УТВЕРЖДАЮ: Первый зам. директора1999 г,1. АКТвнесения технологического процесса виброабразивной обработки с целью улучшения качества очистки поверхности деталей и механизации работ

65. В процессе промышленных испытаний отработана технология очистных, доводочных операций с использованием различных абразивных гранул и технологической жидкости, на основе новых экологически чистых компонентов.

66. Наилучший результата был получен при обработке сантехнических деталей абразивными гранулами на основе полимерных связок ( эпоксидной смолы или метилметакрилата ) зернистостью М40.

67. Все детали, обработанные по новой технологии проверены и приняты

68. В соответствии с результатами внедрения нового технологического процесса можно сделать выводы:

69. Новый технологический процесс виброабразивной обработки сантехнических деталей сложной конфигураций является наиболее эффективным при выполнении очистных и доводочных работ.

70. Научный руководитель лаборатории "Вибротехнологиз НПГП "Синтез" при ДГТУ, д.т.н., проф.1. Бабичев А.П.

71. Научный сотрудник лаборатории "Вибротехнологияп1. Бойко МА1. Аспирант ДГТУ1. Докторант ДГТУ1. Аспирант ДГТУ1. Мельникова Е.П.1. Емцов С.Г.1999 г.

72. УТВЕРЖДАЮ: Проректор по НИР ДГТУ Д.т.на1998г.утттто^

73. Директор^Щ'ЕГбрЛо^с! i АРЗ Багно Bjw . и \ w^Vo л 4S<,*7 >, . ' . V.-p*1998г.1. АКТвнедрения технологического процесса виброабразивной обработки деталей

74. В процессе промышленных испытаний отработана технология очистных, доводочных операций с использованием различных абразивных гранул и технологических жидкостей.

75. Получены положительные результаты при удалении заусенцев, скруглении и полировании острых кромок, уменьшении шероховатости не менее чем на 2-3 класса.

76. Все детали, обработанные по новой технологии проверены и приняты ОТК.

77. В соответствии с результатами внедрения нового технологического процесса можно сделать выводы:

78. Новый технологический процесс виброабразивной обработки автомобильных деталей, полученных методом точного стального литья, в настоящее время является наиболее эффективным при выполнении очистных и доводочных работ.

79. Внедрение процесса ВиО в абразивных средах позволяет значительно повысить производительность труда, устранить ручной труд на вышеуказанных операциях, повысить качество продукции, улучшить культуру производства.

80. Руководитель лаборатории «Вибротехнологии», д.т.н^ проф. Бабичев А.П.--гс1. До^ррант 11ельникова Е.П.

81. Кожухова А.В. Научный сотрудник лаборатории «Вибротехнологии» Бойко М.А.або Ж

82. Начальник технического отдела АОЗТ ГАРЗ Шурин С. А. /7) yjjJ ^1998г.1998г.

83. Ц^^дщ^й^ технологического процесса обработки деталей1999г.

84. В процессе промышленных испытаний отработанна технология очистных, доводочных операций с использованием новых галтовочных тел полимерных конусов 20x20 на основе эпоксидной смолы и метилметакрилата.

85. Применение новых галтовочных тел позволяет улучшить шероховатость поверхности не менее чем на 2 класса. Коррозия на поверхности деталей не наблюдалась. Износ галтовочных тел уменьшился в 3-4 раза при той же производительности.

86. На основании проведенных эксплуатационных испытаний можно рекомендовать полимерные конуса 20x20 на основе эпоксидной смолы и метилметакрилата в качестве галтовочных тел на операциях очистки и доводки автомобильных деталей.

87. Руководитель лаборатории Начальник технического

88. Вибротехнологии», д.т.н. отдела АОЗТ ГАРЗ1. Шурин С. А. , .--■'■''у?

89. Аспирант ДГТУ J/yfatffr- Кожухова А. В.» ихъл^ьл 1999г.

90. Научный сотрудник л " гории «Вибротехнологии»1. Бойко М.А.2S » KOJ&si 1999г.

91. УТВЕРЖДАЮ: Проректорпо НИР ДГТУ Д.т. Зак(

92. УТВЕРЖДАЮ: Директор компании «Стиролфарм» Ляшенко А. В.v.31. АКТвнедрения технологического процесса виброабразивной обработки с целью улучшения качества очистки поверхностибаллонов и механизации работ

93. Для обработки баллонов была разработана специальная установка барабанного типа для одновременной обработки 5 деталей. Время обработки наружной поверхности одного баллона -10 минут.

94. В процессе промышленных испытаний использовались различные виды рабочих сред: бой абразивных кругов, гранулы на полимерной связке, на основе метилметакрилата, на полистирольном связующем.

95. Наилучший результат был получен при обработке баллонов боем абразивных кругов и абразивными гранулами на полистирольном связующем. Полистирол, использующийся для гранул выпускает «Концерн Стирол».

96. Председатель ассоциации « Новые технологии » Бабичев А.П.

97. Нач. участка по производству медицинской ^иси азота ^Компании «С|(1вЗЫ>арм» Еремеева1998г.1998г.1. У тв ер Дирек Горло Багно1. АКТвнедрения технологического процесса обработки деталей

98. В процессе промышленных испытаний отработана технология очистных, доводочных операций с использованием новой технологической жидкости.

99. Все детали, обработанные по новой технологии проверены и приняты

100. В соответствии с результатами внедрения нового технологического процесса можно сделать выводы:

101. Внедрение процесса обработки с использованием новой технологической жидкости позволяет значительно повысить производительность труда, качество продукции, улучшить культуру производства.

102. Председатель Начальник технического отделаассоциации «Новые технологии» АОЗТ ГАРЗ1. ОТК.

103. Результаты загаров вилки тяг включения сцепления, которце обгалтованы с применением раствора «Прогресс» и раствора

104. U'SM м оА Номер Сечение После 5 часов обработки вилки После 10 часов обработки После 15 часов обработки? U й go вилки вилки вилки

105. О 1 0.5 0.447 11.279 0.492 0.0942 7.297 0.458 0.1051 6.212 2 0.478 0.443 11.282 0.477 0.095 7.305 0.456 0.1048 6.2013 0.487 0.445 11.285 0.481 0.0938 7.301 0.459 0.105 6.205

106. MIHICTEPCTBO ОСВГГИ I НАУКИ УКРАКНИ 1НСТИТУТ ПРОМИСЛОВО! ВЛАСНОСТ1 Вул. CiM'T Хохлових, 15, м. Киш-119, 04119 , телефон 458-06-11, факс 458-06-18

107. На Ваш № в!д . Адреса ВАТ "Концерн Стирол",сектор 3IB, Кореневш Л.О. № 2000063188 в1д 02.06.2000 вул. Горлшсьхо"1 див1зп, 10,м.Горл1вка-10, Донецько!

108. При листуванн! просимо посилатися на цей номер/ Обл., 846101. РШЗЕННЯпро в.становлення дати подання заявки на винах1д (корисну модель)f54) Назва винахолу /кооисно! модель/ ,

109. ЗМАЗУВАЛЬНО-ТЕХНОЛОГРШАСЕРДЦА ДЛЯ ВШРАЦ1ЙН01 СБРОБКГИ

110. МЕТАЛЕВ01 ПОВЕРХН1 {71) Заявник/и/

111. В1ДКРИТЕ АКЦЮНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "КОНЦЕРН СТИРОЛ" Мельникова E.IL, Кожухова А.В., Петухова Е.В., Чурвосов А.П., Кравченко Б.В.

112. Реестрацшний номер заявки 2000063188

113. В.дпов1дно до п.1 ст. 13 Закону УкраЗни "Про охорону прав на винаходи i корист моделГ заявка вважаеться поданою до 1нституту промислово! власноспf22)02.06.2000 Дата подання заявки

114. Дата подання встановлена • по дат1 одержання В1домс1. Зав1дувач в^ддДлу1. Виконавецьтел. (044) 458-06-05ом MaTepiawB в!дпов1дно до п.1 Ст.13 Закону

115. Т.А. Василенко Н.Д. Лисенко1. J 2 чер т