автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности процесса центробежной абразивной обработки за счет совершенствования конструкторско-технологических решений

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ» 5 ОД

На правах рукописи Убайдуллаев Акрам Насруллаевич

УДК 621.923.74

Повышение эффективности процесса центробежной абразивной обработки за счет совершенствования конструкторско-технологических решений

Специальность 05.03.01 - «Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 2000г.

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения, металлорежущие станки и инструменты» Таджикского технического университета имени академика М.С. Осими и на кафедре «Автоматизированные станочные системы и инструменты» Московского государственного технического университета «МАМИ».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Мирзоалиев И. Официальные оппоненты: Зав. кафедрой «Технология машиностроения» МГИУ

Защита состоится «8» июня 2000 года в 14.00 на заседании совета К 063.49.03 по защите диссертаций в Московском государственном техническом университете «МАМИ» по адресу: 105839, г. Москва, Б. Семёновская ул.,38, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного технического университета «МАМИ».

Отзыв в двух экземплярах, заверенный печатью, просим послать по адресу: 105839, г. Москва, Б. Семёновская ул.,38, E-mail: mgtu. mami. @ g23. relkom. ru.

Автореферат разослан «б» мая 2000 года.

Профессор, д.т.н., академик АТН РФ Таратынов О.В.

кандидат технических наук, доцент Юдаев С.Н.

Ведущая организация:

АО «НИИТАВТОПРОМ»

Б-301.

Учёный секретарь

специализированного совета К 063.49.D3 кандидат технических наук, доцент д

У

Максимов А.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Надежность и долговечность работы машин и механизмов определяются работоспособностью деталей входящих в их состав. А надежность и долговечность деталей машин и механизмов зависит от точности формы и качества сопрягаемых поверхностей. Требуемые значения точности формы и размеры, а также шероховатости поверхности в основном обеспечивается способами абразивной обработки (шлифование, хонингование, суперфиниширование, доводка и т.д.). Большие затраты времени и средств приходятся на осуществление этих операций. Поэтому изыскание более совершенных способов абразивной обработки являются одним из важнейших задач.

Существующие способы центробежной абразивной обработки (ЦАО) имеют более высокую производительность по сравнению с другими методами. Однако точность размера и формы при этом не всегда соответствует требуемым техническим условиям. Эти способы в основном применяются при объемной обработке деталей в частности, округлении острых граней, снятии заусенцев, снижении шероховатости.

Исходя из этого совершенствование процессов центробежной абразивной обработки и создание на их основе процессов, которые наряду с высокой производительностью обеспечивают точность формы, размеры, шероховатости поверхности обработанных деталей является весьма актуальной задачей.

Цель исследования. - Повышение эффективности процесса центробежной абразивной обработки, за счет совершенствования конструкторско-технологических решений.

Задачи работы:

- Анализ существующих процессов центробежной абразивной обработки.

• Теоретическое исследование и обоснование применяемых схем обработки.

- Экспериментальное исследование взаимосвязей параметров режима обработки с параметрами производительности, точности формы и качества поверхности обрабатываемых деталей.

• Разработка прогрессивных конструкций оборудования и инструментов для центробежной абразивной обработки.

■ Расчет и обоснование эффективности разработанных процессов

Научная новизна работы.

• Разработаны и исследованы новые схемы центробежной абразивной обработки, обеспечивающие высокую производительность процесса, точность и качество обрабатываемых поверхностей.

• Разработаны математические модели процесса центробежной абразивной обработки наружных цилиндрических поверхностей; одновременной обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей; обработки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра; обработки сферических поверхностей. Эти модели позволяют рассчитывать величину съема материала и точность формы обрабатываемой поверхности. Получены расчетные формулы, позволяющие на стадии проектирования рассчитывать технические и технологические параметры установки для центробежной абразивной обработки, обеспечивающие обработку деталей требуемой формы и качества.

Практическая ценность работы. Разработаны процессы центробежной абразивной обработки, обеспечивающие высокую производительность, качество и точность обработки. Их можно применять при обработке наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, сферических поверхностей, а также обработке тонкостенных и маложестких поверхностей.

Реализация работы ". Результаты работы использованы на заводе «Таджикгидроагрегат» для обработки деталей типа золотников, на малом научно-производственном предприятии «Фарханг» для обработки изделий из самоцветных камней На основе практических и теоретических разработок в настоящее время создается учебно-исследовательский центр по изучению обрабатываемости самоцветных камней методом центробежной абразивной обработки.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены и обсуждены на: Республиканской научно-технической конференции «Повышение эффективности производства машиностроительных предприятий» (Душанбе, 23-24 мая 1990 г.); Республиканской научно-практической

* - большая помощь в изготовлении оборудование для экспериментальных исследований оказана со стороны МНПП «Фарханг».

конференции "Проблемы общественного и экономического развития Таджикистана"(Душанбе, 1998 г.); Республиканской научно-практической конференции "Технический прогресс и производство" посвященной 1100-летию государства Саманидов. (Душанбе, 6-8 июня 1999 г.); Первой Республиканской научной конференции молодых ученых Таджикистана посвященной 1100-летию государства Саманидов.(Душанбе, 1999г.); на заседаниях кафедры «ТММСиИ» Таджикского технического университета (Душанбе, 28 ноября 1999г.) и «АССИ» Московского технического университета «МАМИ» (5 апреля 2000г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 11 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, заключения, списка литературы из 91 наименований и 2 приложений, включая 160 страницы тексту, который поясняется 56 рисунками и 9 таблицами.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснованы актуальность работы, отмечена научная направленность и новизна.

В первой главе проведен анализ состоянии вопроса, сделан обзор научно-технических публикаций и определены задачи исследований.

Показано, что при изготовлении деталей машин широко применяются различные способы абразивной обработки. Существующие методы центробежной абразивной обработки приведены в работах Гришневич A.B., Кулакова Ю.М., Овечкина В.П. Расолько A.M. и многих других ученных, в основном применяются при объемной обработке деталей в частности, при округлении острых граней, снятии заусенцев, снижении шероховатости. Эти методы высокопроизводительны, однако точность обработки при их использование низкая и в основном они предназначены для безразмерной обработки деталей.

Также приводится анализ существующих методов центробежной абразивной обработки, их классификация по конструктивным признакам и сформулированы цель и основные задачи данной работы.

Во второй главе приведены результаты теоретического исследования процесса центробежной абразивной обработки. В том числе анализируются процессы обработки наружных цилиндрических поверхностей, одновременной обработки наружной и внутренней поверхностей детали типа втулки, обработки шариков, обработки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра.

Схема одновременной центробежной обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей деталей типа втулки приведена на рис. 1: Детали 1 свободно размещаются в пазах сепаратора 2. «Притир-палец» А размешен в обрабатываемом отверстии детали.

При обработке сепаратор совершает вращательное движение, а «притир-втулка» 3 возвратно-поступательное движение.

Усилие прижима «притира-пальца» на внутренней поверхности детали при этом будет: /•„ = тприп1 ■ со]т ■ Нпрм (1)

Усилие прижима деталей к поверхности "притира-втулки" равно = (2) где гпприт - масса «притира-пальца»;

а>сеп - частота вращения сепаратора;

гпдет - масса обрабатываемой детали;

Ялр.«* - расстояние от оси вращения сепаратора до центра масс «притира-пальца»,

Я пр.дет - расстояние от оси вращения сепаратора до центра масс деталь-«притира-пальца» при обработке.

«Притир-палец» имеет возможность вращение вокруг своей оси или удерживаться от вращения. Скорость относительного скольжения по внутренней поверхности Эян определяется уравнением:

Зт = дК. '^ +Аг-со2м,-СшЧ., ■ I (3)

Расчетное значение частоты вращение детали - сидет можно определить уравнением: ^—— (4)

где ген дет - внутренний радиус отверстий обрабатываемой детали;

А - амплитуда двойного хода притира;

Ипр - внутренний радиус "притира-втулки",

гвет " наружный радиус детали.

Усилия прижима , Рдетпр зависит от массы заготовки и частоты

вращение сепаратора.

При центробежной абразивной обработку шариков можно использовать как элеваторную обработку шариков, так и обработка в отдельных ячейках сепаратора. Обработка шариков из хрупких материалов лучше осуществлять в отдельных ячейках. Заготовки 1 при этом помещаются в цилиндрических отверстиях 2 сепаратора 4, имеющих наклон в двух плоскостях (Рис.2). Наклон с углом а в вертикальной плоскости и углом (3 в горизонтальной плоскости предназначен для создания условия равномерного вращения шариков вокруг своих осей. При вращение сепаратора действующие центробежные силы прижимая шарик к поверхности рабочего инструмента создает силу трения Ртр, которая обеспечивает качение вокруг одной из его осей. Наклон отверстия сепаратора изменяет направление силы Ысеп, совместное действие которой с силой трения Ртр создает момент пары сил, приводящие во вращение шарика вокруг двух других его осей.

Возможность равномерного вращения шариков вокруг своих трех координатных осей создается при условии, определяем системой уравнений:

иу. '<рх = Мх

3„.<Ру = Му Jz^ Ч>1 = /Иг

мх,- Му,= М2 у

(5)

где • моменты инерции шарика относительно осей Х,У,2;

Ф х,<ру, Фг - угловые ускорения вращения вокруг осей; Мх, Му, Мг - моменты сил, действующих на шарик.

А-А

К N

Рис. 3. Схема обработки шариков

В качестве финишной обработки внутренних поверхностей больших диаметров использует различные способы. Применением специальных хонинговальных головок можно обработать отверстия диаметром до1500 мм. Однако эти головки сложны в изготовлении и эффективны при большой партии обрабатываемых деталей. При использовании центробежной абразивной

обработки достигается упрощение конструкции обрабатывающей головки и улучшается качество обработки. При этом в качестве инструментов обрабатывающих внутреннюю поверхность служат абразивные бруски. Абразивные бруски размещены в соответствующих пазах сепаратора. При вращение сепаратора под действием центробежных сил бруски смещаются и прижимаются к обрабатываемой поверхности. Для равномерного изнашивания брусков, сепаратору или детали сообщается возвратно-поступательное движение. Качество обработки зависит как от режимов обработки, так и от конструктивных параметров центробежной головки - количества абразивных брусков, и их ширины. Минимальное количество брусков в инструменте:

60 /;;•/„ , : (б)

где т - отношение длины бруска к длине выхода инструмента из отверстий;

1рх. - величина рабочего хода;

1бР. - длина бруска;

ппр - частота вращения головки;

fpX - время в течении которого инструмент совершает рабочих ход.

В третьей главе приводится методика проведения экспериментальных исследований и обработка результатов исследования.

Экспериментальные исследования центробежной абразивной обработки наружных цилиндрических поверхностей проводились на вертикально-доводочном станке ОФ-26А, оснащенным специальным устройством. Одновременная обработка наружных и внутренних цилиндрических поверхностей осуществлялась на специально спроектированной установке. Экспериментальные исследования по установлению взаимосвязей параметров ЦАО с параметрами производительности, точностью формы, качества обрабатываемых деталей осуществлялось по следующим этапам:

1. Установление основных факторов, влияющих на исследуемый параметр.

2. Ранжирование факторов по степени их влияния и значимости.

3. Выбор значений и интервалов варьирования факторов при многофакторном эксперименте.

А. Проведение многофакторного эксперимента и обработка результатов.

5. Построение математической модели центробежной абразивной обработки.

Этапы 1-3 выполняются на основе изучения процесса центробежной абразивной обработки путем проведения однофакторного эксперимента. Исследование влияния параметров центробежной абразивной обработки велись по плану многофакторного эксперимента.

В качестве основных параметров были приняты следующие: Р - удельное давление в линии контакта «деталь-притир»; 2 - зернистость абразива; I - продолжительность обработки; 9 - скорость возвратно-поступательных движений.

При варьировании каждый из исследуемых факторов на пяти уровнях, для проверки возможных сочетаний данных факторов потребовалось пт=54=625 (где п - количество уровней, т - число исследуемых факторов) различных комбинаций экспериментов, не считая повторения каждого из опытов в идентичных условиях для получения устойчивых средних значений.

Поэтому для уменьшения числа опытов и устранения зависимости исследуемого параметра от различных факторов при различных сочетаниях, проведение экспериментов, осуществлялось в соответствии с методикой рационального планирования экспериментов, построенной на основе теории ортогональных латинских квадратов. Для исключения влияния систематических ошибок, вызванных внешним условием, опыты проводились в случайной последовательности. Порядок проведения опытов выбирался по таблице случайных чисел.

При экспериментальных исследованиях использовался также метод полного факторного эксперимента. Использовалось планирование на двух

уровнях по плану 2", где к - число факторов. Это позволяет описать процесс полной модели, включающий также взаимодействие факторов.

Нахождение математической модели процесса методом полного факторного эксперимента проводилось в следующем порядке:

- Планирование эксперимента.

- Эксперимент.

- Проверка воспроизводимости.

Получение математической модели объекта с проверкой значимости выбранных коэффициента регрессии. Проверка адекватности математической модели.

Анализ графических зависимостей влияния отдельных факторов на параметры процесса позволили выбрать вид апраксимирующих кривых. Для нахождения коэффициентов уравнения использовался метод наименьших квадратов. Полученные значимости проверялись на адекватность использованием критерия Фишера при 5% уровне значимости.

В четвертой главе изложены результаты экспериментальных исследований, характеристик процесса ЦАО приведенных по методикам описанным в третей главе, анализ этих результатов.

Одновременная обработка наружных и внутренних поверхностей осуществлялась на специально изготовленном устройстве. Во второй главе изложены теоретические предпосылки данного метода. Экспериментальные исследования проводились на деталях типа втулки (материал из стали ШХ15,

НЯС 63-И55, С^ар=25!(^б С/,т14+'иш| Однофакторные эксперименты

показали, что на точность формы и качество поверхности влияние оказывают: зернистость абразива, удельное давление в зоне контакта деталь-инструмент, продолжительность обработки.

После проведения эксперимента и математической обработки результатов получена следующая зависимость шероховатости поверхности по параметру от факторов процесса обработки:

Я, = -0,261+0,00572+0,0013398Р-0,011+0,000031Р2-0,0075Я +0,000012Р(, (7) где интервалы варьированных факторов следующие: Зернистость абразива -2=3 +40 мкм. Удельное давление - Р = 400 + 2000 н/м. Продолжительность обработки - ? = 3 5 мин.

Экспериментальные исследование по обработке самоцветных камней с использованием процесса ЦАО показало, что при этом производительность возрастает в 4-6 раз по сравнению с исходным процессом.

При центробежной абразивной голтовке (округление граней и подготовка заготовок для дальнейшей обработки шлифованием):

оникса -00 =16+0,71/ (8) лазурита- 0„ = 3+0,43/ (9) где / - продолжительность обработки в минутах; О -потери массы в процентах. При центробежной абразивной шлифовке шариков из самоцветных камней (лазурита), зависимость величины съема от продолжительности обработки - От следующая:

От =0,45+0,466/ (10)

Зависимость производительности от зернистости абразива:

0(г) =-0,000832 + 0,16662-1,0028 (11)

где в формулах (10,11):

О®. Од - производительность. В этом случае уменьшение массы в процентах, по сравнению с исходной массой заготовки; / - продолжительность обработки в минутах; 2 - величина зернистости абразива в мкм. Трехкратным шлифованием разными пастами и полированием шероховатость поверхности шариков из самоцветных камней не более Яа =0,04мкм.

В основных результатах и выводах приводится расчет экономической эффективности при использовании установки для одновременной доводки наружной и внутренней поверхности золотника завода «Таджикгидроагрегат» и даны практические рекомендации по использованию процесса ЦАО.

Основные результаты и выводы:

1. Существующие способы центробежной абразивной обработки высокопроизводительны, однако точность размера и формы обрабатываемых деталей при этом не обеспечивается.

2. В результате выполнения комплекса теоретических и экспериментальных исследований процессов центробежной абразивной обработки выявлены его возможности в управлении точности формы и качества обрабатываемых поверхностей.

3. Способ центробежной абразивной обработки можно использовать в качестве финишной обработки для исправления погрешностей формы как в продольном, так и в поперечном сечениях деталей цилиндрической формы.

4. При изготовлении шариков из самоцветных камней процесс центробежной абразивной обработки можно использовать на всех стадиях обработки: голтовки кубиков, предварительное шлифование, чистовое шлифование, доводка, полирование.

5. Усилия прижима деталей при центробежной абразивной обработке по предложенным схемам, не зависит от количества одновременно обрабатываемых деталей. Усилия прижима к инструменту и скорости относительного скольжения «деталь-инструмент» можно регулировать плавно, бесступенчатым изменением частоты вращения инструмента и сепаратора.

6. Точность обработки не зависит от разброса диаметрального размера одновременно обрабатываемых деталей.

7. При центробежной абразивной обработке возможно тонкое управление формой деталей, например образование бочкообразное™ или седлообразное™ на поверхности цилиндрических деталей.

8. При использовании центробежной абразивной обработки есть возможность обработать тонкостенные и хрупкие цилиндрические и сферические изделия из неметаллических материалов.

9. Перспективным является также финишная обработка внутренних цилиндрических поверхностей больших размеров, способом центробежной абразивной обработки снижающий себестоимость операции.

10. На основе экспериментальных исследований выведены аналитические зависимости производительности; шероховатости поверхности; точности формы от параметров режима обработки, описывающие процесс центробежной абразивной обработки с достаточной для инженерной практики точностью.

Основное содержание диссертации отражено в следующих работах:

1. Убайдуллаев. А.Н. Исследование процесса центробежной абразивной

доводки высокоточных деталей //Реферат для участия в Республиканском

конкурсе на лучшую научно-техническую работу студентов Высших учебных заведений, Душанбе, 1989, 32 с.

2. Мирзоалиев И., Убаайдуллаев А.Н., Айзадуллин Ф.Р. Методика выбора критериев оптимальности при оптимизации технологических процессов механической обработки. //Тез. докл. научно-технической конф. «Повышения эффективности производства машиностроительных предприятий» (Душанбе, 23-24 мая, 1990г.). Душанбе, ТаджикИНТИ, 1990. - С. 58-59.

3. Мирзоалиев И., Убайдуллаев АН. Устройства для одновременной доводки наружной и внутренней поверхностей детали типа втулки. /ЛГруды Таджикского Технического Университета Серия: "Механика и технология", Душанбе, 1995г. -С. 69-72.

4. Мирзоалиев И., Ходжахонов И.Т., Убайдуллаев А.Н. Определение оптимальных конструктивных параметров доводочных и хонинговальных инструментов. //Труды Таджикского Технического Университета Серия: "Механика и технология", Душанбе, 1995г. - С. 72-76.

5. Мирзоалиев И., Убайдуллаев А. Н., Азимов М.А. Центробежная абразивная доводка прецизионных деталей. //Труды Таджикского Технического Университета Серия: "Механика и технология", Душанбе, 1995г. - С. 76-79.

6. Мирзоалиев И., Убайдуллаев А.Н., Помогаев С.Г. Исследование путей повышения эффективности процесса обработки самоцветных камней. //Тез докл. Республиканской научно-практической конф. "Проблемы общественного и экономического развития Таджикистана" (Душанбе, 13-14 марта, 1998г.). -Душанбе, 1998г. -С. 100-102.

7. Мирзоалиев И., Убайдуллаев А.Н., Аминов Ф. Центробежная абразивная обработка шариков из полудрагоценных камней. //Сборник научных трудов кафедры 'Теория механизмов машин и детали машин", Душанбе, 1999г. - С.18-19.

8. Мирзоалиев И., Убайдуллаев А.Н. Исследование сил резания при центробежной абразивной обработке. //Тез. докл. Республиканской научно-практической конф. 'Технический прогресс и производство" посвященной 1100-летию государства Саманидов, Душанбе, 1999г. - С.100-103.

9. Мирзоалиев И., Убайдуллаев А.Н. Центробежная абразивная обработка при изготовлении изделий и» самоцветных камней. IIТез. докл. Первой

Республиканской научной конференции молодых ученых Таджикистана посвященной 1100-летию государства Саманидов (Душанбе, 6-8 июня 1999г.) -Душанбе, 1999г. - С. 231-237.

10. Мирзоалиев И., Убайдуллаев А.Н. Гладильный станок. //Информационный листок № 37-94 Душанбе, НПИЦентр, 1994г., 1 с.

11. Мирзоалиев И., Убайдуллаев А.Н., Ходжахонов И. Т. Станок для центробежной абразивной доводки деталей. //Информационный листок № 3894 Душанбе, НПИЦентр, 1994г. 1 с.

Убайдуллаев Акрам Насруллаевнч

«Повышение эффективности процесса центробежной абразивной обработки за счет совершенствования конструкторско-технологических решений» Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

МГТУ «МАМИ», Москва, 105839 Б. Семеновская ул., 38

Лицензия ЛР №021209 от 17 апреля 1997 г.

Подписано в печать Усл. п. л.

Бумага типографская

Заказ

Уч.- изд. л. Формат 60x90/16

Тираж

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Существующие способы абразивной обработки, их анализ.

1.2. Физическая сущность процессов, протекающих при абразивной обработки.

1.2.1. Шлифование.

1.2.2. Доводка и полирование.

1.3 . Способ центробежной абразивной обработки.

1.4. Цель и основные задачи исследования.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ЦЕНТРОБЕЖНОЙ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

2.1 Схемы обработки деталей тел вращение с применением способа центробежной абразивной обработки.

2.2 Особенности кинематики и динамики процесса обработки.

2.2.1 Планетарно - центробежная обработка.

2.2.2. Основные закономерности процесса центробежной абразивной обработки наружных цилиндрических поверхностей.

2.2.3. Одновременная обработка наружной и внутренней поверхности деталей.

2.2.4. Центробежная абразивная обработка шариков.

2.2.5. Обработка внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра.

2.3. Разработка инструмента с закрепленным абразивом.

2.4. Выводы.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

3.1. Оборудование, образцы, применяемые при экспериментальных исследованиях.

3.2. Методика метрологических исследований.

3.2.1. Измерение некруглости.

3.2.2. Измерение шероховатости поверхности.

3.3 Методика проведение эксперимента и обработка экспериментальных данных.

3.3.1. Методика обработки экспериментальных данных.

3.3.2. Статистическая обработка экспериментальных данных.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА

ЦЕНТРОБЕЖНОЙ АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ.

4.1 Исследование процесса обработки наружных цилиндрических поверхностей.

4.1.1 Поисковые экспериментальные исследования.

4.1.2 Экспериментальное исследование взаимосвязей технологических факторов процесса ЦАО с производительностью, точности формы, качеством поверхности.

4.2 Исследование процесса одновременной обработки наружных и внутренних поверхностей деталей типа втулки.

4.3. Исследование процесса обработки сферических поверхностей.

4.3.1. Центробежно-абразивная голтовка.

4.3.2. Центробежное абразивное шлифование.

4.4. Исследование динамики износа инструментов.

4.5. Исследование сил резания при ЦАО.

4.6. Выводы.

Надежность и долговечность работы машин и механизмов определяются работоспособностью деталей входящих в их состав. А надежность и долговечность деталей машин и механизмов зависит от точности формы и качества сопрягаемых поверхностей. Требуемые значения точности формы и размеры, а также шероховатости поверхности в основном обеспечивается способами абразивной обработки (шлифование, хонингование, суперфиниширование, доводка и т.д.). Большие затраты времени и средств приходятся на осуществление этих операций. Поэтому изыскание более совершенных способов абразивной обработки являются один из важнейших задач.

Существующие способы центробежной абразивной обработки (ЦАО) имеют более высокую производительность по сравнению с другими методами. Однако точность размера и формы при этом не всегда обеспечивается с требуемым техническим условием. Эти способы в основном применяются при объемной обработки деталей в частности, округлении острых граней, снятие заусенцев, снижение шероховатости.

Исходя из этого совершенствование процессов центробежной абразивной обработки и создание на их основе процессов, которые наряду с высокой производительности обеспечивают точности формы, размеры, шероховатости поверхности обработанных деталей является весьма актуальной.

Целью настоящей работы является создание на базе существующих процессов центробежной абразивной обработки, более совершенных, позволяющих, вести высокопроизводительную размерную абразивную обработку.

Задачи работы:

- Анализ существующих процессов центробежной абразивной обработки.

- Теоретической исследование и обоснование применяемых схем обработки.

- Экспериментальное исследование взаимосвязей, параметров режима обработки с параметрами производительности, точности формы и качества поверхности обрабатываемых деталей.

- Разработка прогрессивных конструкций оборудования и инструментов для центробежной абразивной обработки.

- Расчет и обоснование эффективности разработанных процессов Научная новизна работы заключается в следующем:

- Разработаны и исследованы новые схемы центробежной абразивной обработки, обеспечивающие высокую производительность процесса, точность и качество обрабатываемых поверхностей.

- Разработаны математические модели процесса центробежной абразивной обработки - наружных цилиндрических поверхностей; -одновременной обработки наружных и внутренних цилиндрических поверхностей; - обработки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра; - обработки сферических поверхностей. Эти модели позволяют рассчитывать величину съема материала и точность формы обрабатываемой поверхности. Получены расчетные формулы, позволяющие на стадии проектирования рассчитывать технические и технологические параметры установки, обеспечивающие обработку деталей требуемой формы и качества.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:

Разработаны процессы центробежной абразивной обработки, обеспечивающие высокую производительность, качество и точность обработки. Их можно применять при обработке наружных и внутренних цилиндрических поверхностей, сферических поверхностей, а также обработка тонкостенных и маложестких поверхностей.

Результаты работы использованы на заводе «Таджикгидроагрегат» для обработки деталей типа золотников, на малое научно-производственное предприятие «Фарханг» для обработки изделий из самоцветных камней. На основе практических и теоретических разработок в настоящее время создается учебно-исследовательский центр по изучение обрабатываемости самоцветных камней методом центробежной абразивной обработки.

Основные положения диссертационной работы и результаты исследования были доложены и обсуждены на 6 научно-технических конференциях, опубликованы в 11 печатных работах.

В первой главе приводится анализ состояние вопроса процессов абразивной обработки - шлифование, доводка и полирование.

Анализ известных способов абразивной обработке деталей тел вращения позволил выявить недостатки, присущие этим способам. На основе анализа разработана новая схема обработки, которая имеет ряд преимуществ в сравнении с известными традиционными методами обработки, а именно: обеспечивается упругий прижим деталей к поверхности инструмента, с обеспечением возможности плавного бесступенчатого регулирования величины усилия прижима в больших пределах; одинаковая скорость относительного скольжения по всей линии контакта деталей с инструментом; равномерность вращения деталей вокруг своих осей. Поскольку в процессе обработки прижим деталей к поверхности инструмента осуществляется центробежными силами, способ обработки, с учетом этой особенности назван - центробежной абразивной обработки (ЦАО).

Во второй главе приведены результаты теоретического исследования процесса ЦАО. В том числе: описаны различные схемы обработки деталей тел вращения с применением способа центробежной абразивной обработки, анализирована кинематика и динамика этих процессов при обработке различных поверхностей тел вращения. Теоретические исследования дали 7 возможность выявить основные особенности процесса ЦАО, в том числе: возможности данного процесса обработки, области его применения и перспективные направления его развития.

В третьей главе приводится описание оборудования и образцы, применяющихся при экспериментальном исследовании процесса центробежной абразивной обработки и изложены методики проведения экспериментов и метрологических исследований.

Результаты экспериментальных исследований процесса ЦАО изложенные в четвертой главе дана возможность определить основные закономерности данного процесса. В результате исследования выведены аналитические зависимости производительности, шероховатости поверхности, точности формы от параметров режима обработки.

Выявлены основные операции, при выполнении которых наиболее эффективно применение процесса ЦАО, а также возможности процесса при обработке нетрадиционных материалов.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований выявлено основные закономерности процесса ЦАО. Полученные данные необходимы для усовершенствования данного процесса и проектирования промышленных установок при выполнении различных операций.

В основных результатах и выводах приводятся данные по расчету ожидаемой экономической эффективности процесса ЦАО и перспективы его применения.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, заключения, списка литературы из 91 наименований и 2 приложений, включая 160 страницы текста, который поясняется 56 рисунками и 9 таблицами.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Рассмотрим эффективность процесса обработки золотников 73.01.00.009. завода "Таджикгидроагрегат". Эскиз детали приводится в главе 3. Требуется обработать наружную поверхность -025^^5, обеспечивая шероховатость

1^=0,16 и внутренней поверхности -014+()'043, шероховатость 1^=0,16. Соосность внутренней и наружной поверхности - 0,03мм. По базовому технологическому процессу финишная обработка наружной поверхности осуществлялась с использованием бесцентрово-шлифовального станка ЗМ184. Притирка отверстия на станке ОФ26 с использованием специальной очистки. Исходные данные по базовому варианту приведены в табл. 5.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения намеченного комплекса теоретических и экспериментальных исследований процессов ЦАО выявлены его возможности в управлении точности форм и качеством обрабатываемых поверхностей, а также разработаны практические рекомендации, которые облегчают реализацию процесса в промышленности.

1. При проектировании установки для центробежной абразивной обработки мощность привода необходимо рассчитать, исходя из момента сил, необходимо для вращения сепаратора с частотой юсел по формуле 2,28 • sin в ■ /и • со1„ ■ и • R:„

А/ =дет сеп дет сеп

2-cos2# + cos<? + 1 где в =—-агсзт Гдет ^ ,

Гдет

Гдет - радиус детали;

2 — зернистость абразивы;

Шдет- масса одной детали;

Щет - количество одновременно обрабатываемых деталей.

2. Способ ЦАО целесообразно использовать в качестве финишной обработки для исправления погрешностей, как в продольных, так и в поперечных сечениях. Исходное значение огранки при этом не должно превышать 2 мкм, овальность 0,5мкм.

3. При изготовлении шариков из самоцветных камней процесс центробежной абразивной обработки можно использовать на всех стадиях обработки: голтовка кубиков, черновое шлифование, чистовое шлифование, полирование.

4. Для достижения равномерности изнашивания инструмента при обработке необходимо- создавать условие, при котором продолжительность контактирования всех точек рабочей части инструмента с обрабатываемой деталью одинаково.

5. Для расширения технологических возможностей процесса ЦАО рекомендуется привод вращения сепаратора оснащать двигателями постоянного тока, что позволяет бесступенчатое регулирование частоту вращения сепаратора и, тем самым, усилие прижима деталей к поверхности притира.

6. При обработке деталей тел вращения замену инструмента необходимо производить при достижении зазора между сепаратором инструментом, равного 1\3 величины диаметра деталей.

7. Проверку точности устройства для центробежной абразивной обработки рекомендуется проводить не реже 1 раза в месяц. При этом проверяют: плавность возвратно-поступательных перемещений инструмента, равномерность вращения сепаратора, практическая частота вращения сепаратора, состояние подшипников, натяг ремня.

139

1. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента. М.:«Металлургия». 1969.- 155 с.

2. Адлер ЮЛ., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М., Наука. 1970. - 283 с.

3. Антипов В. В. Износ прецизионных деталей и нарушение характеристик топливной аппаратуры дизелей. М.: Машиностроение, 1972. -177с.

4. Ахматов A.C. Молекулярная физика граничного трения. М.: Изд-во Физмат, изд-во. 1963.

5. Бабаев С.Г., Садыков Г.Г. Притир и доводка поверхностей деталей машин. М.: Машиностроение. 1976. 128 с.

6. Бахтиаров Н.И., Логинов В.Б. Производство и эксплуатация прецизионных пар. М. Машиностроение, 1979. 205 с.

7. Беляев З.С. Механическое притирание поверхностей. "Вестник машиностроения" №8, 1952.

8. Богомолов H.H. Основные процессы взаимодействия абразива и металла. Автореф. д-ра техн. наук. -Киев. 1967. 18 с.

9. Богородицский H.H., Чубарое К.К., Лебедев Б.А. Технологическое оснащение хонингование. Л.: Машиностроение, 1984. 237 с.

10. Ю.Большев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. М., Наука. 1965.-474 с.

11. Бондарь H.H., Мороз В.М. Центробежно-вибрационная установка. Авт. свид. №709343. кл. В24В 31/08. Опубл. 15.61.80. Бюл. №2.

12. Васъков В.И. Качество поверхности изделий из вольфрама при доводке абразивными и алмазными микропорошками//"Труды Северо-кавказского горнометаллургического института". Вып. 23.1968.140

13. Гавридов Ю.И., Кудрявцев A.A., Зорин A.M. Шлифовально-полировальный станок. Авт. свид. №112478 кл. В24 В 31/08. Опубл. 14.07.55.

14. Гамрат-Курек П.И., Иванов К.Ф. Выбор варианта изготовления изделий и коэффициента затрат. М., Машиностроение, 1975. - 133 с.

15. Германов А.П., Германова Б.А. Планетарно центробежная установка для абразивной обработки деталей. Авт. свид. №1419866 AI кл. В24В 31/108. Опубл. 30.08.88. Бюл. №32.

16. Глазунов А.И. Экспериментальное и теоретическое решение технологической проблемы точного изготовления плунжеров для селективной сборки. Автореф. канд. техн. наук. -М., 1960. 20 с.

17. Глазунов А.И., Полецский А. Т. Кинематика и динамика процесса притирки наружных цилиндрических поверхностей. Вестник машиностроения №2. 1961.

18. Гребенщиков И.В. Роль химии в процессных полированиях. Труды семинара по качеству поверхности. Ст.З. Изд-во АН СССР, М.,1957.

19. Гришневич A.B., Братушка Ю.К. Центробежная установка для абразивной поверхностной обработки заготовок. Авт. свид. №131368 AI кл. В24 31/108. Опубл. 30.05.87. Бюл. №20.

20. Дальский A.M. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин. М.: Машиностроение. 1975. 233с.

21. Дудко Г1 Д. Исследование процесса доводки стальных цилиндрических деталей свободным абразивом с осциллирующим движением притира. Автореф. канд. техн. наук. Харьков, 1959. - 20 с.

22. Дудко П.Д. Методика повышения производительности доводки свободным абразивом. -М.: "Вестник машиностроения" 1960. №6.

23. Дунин-Барковский КВ., Карташова И.И. Измерение и анализ шероховатости, волнистости и некруглости. М., Машиностроение, 1978, -232с.141

24. Елманов И.М. Исследование гидравлической плотности и эффективности плунжерных пар насосов пластичной смазки: Автореф. канд. техн. наук, -Л., 1979.-18 с.

25. Есьман ГА. Интенсификация процесса без элеваторной доводки шариков с помощью ультразвука: Автореф. канд. техн. наук. Минск, 1984.

26. Есъман Г.А. Исследование процесса без элеваторной доводки шариков с помощью ультразвука. Автореф. канд. техн. наук. Минск: 1984.

27. Иванов В.Н., Устинов И.П., Ильин AJÍ. Исследование изнашивания деталей топливного насоса Д-50 и изыскание мероприятия по повышению работоспособности плунжерных пар. Сб. Трение и износ в машинах. М.: Изд-во А.Н. СССР. 1962. С. 25 - 50.

28. Ильин А.И. Исследование работоспособности плунжерных пар тепловозных дизелей. Тр-ды МИ ИТ, вып. 141Л 961.

29. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. М.: Машиностроение. 1974, 231 с. с ил.

30. Кедров С.М. Исследование механической доводки металлов "Качество поверхности деталей машин". Сб. №3. АН СССР, 1957.

31. Кишев Ю.В., Рябченко H.H. и др. Способ центробежной обработки деталей и устройство для его осуществления. Авт. свид. №1781009 Al кл. В 24 В 31/108. Опубл. 15.12.92. Бюл. №46.

32. Ковалев A.A. Сущность процесса доводки свободными абразивами. Сб. Теория и практики алмазной обработки. М., ЫИИМАШ, 1964.

33. Колесник Н.В. Центробежно-планетарная машина для шлифования и полирования изделий. Авт. свид. №215753 кл. В24В 31/08. Опубл. 03.04.1968. Бюл. №13.

34. Колесов Б.К Способ обработки изделий. Авт. свид. №252114 кл. В24В 31/08. Опубл. 10.09.69.

35. Колкер М.Д. "Математический анализ точности механической обработки деталей". Киев, Изд-во Техника, 1976,- 200с.142

36. Корн Г. и Корн Т. "Справочник по математике" М., Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1973, 832с.

37. Кремень З.И. Доводка плоских стольных деталей высокой точности шаржированным притирами. Отдельные и доводочные процессы абразивной обработки. Часть II. ЛДНГП. Л. 1973.

38. Кремень З.И. Технология обработки абразивным и алмазным инструментом. М,: Машиностроение, 1989.

39. Кремень 3.14., Павлючук А.И. Абразивная доводка. Л.: Машиностроение. 1967.

40. Кулаков ЮМ. и др. Предотвращение дефектов при шлифовании. М., Машиностроение, 1975. - 144 с. с ил.

41. Кулаков ЮМ., Хрулъков В. А. Отделочно-зачистная обработка деталей. -М., Машиностроение, 1979. 216 с.

42. Купчик Э.Б., Вахрашеев 14.Я., Бурштейн НЕ. н др. Установка для центробежной абразивной обработки деталей в контейнерах. Авт. свид. №231338 кл. В24В 31/08. Опубл. 15.12.1968. Бюл. №35.

43. Лозовский В.Н. Диагностика авиационных топливных и гидравлических агрегатов. М.: Транспорт, 1979. 295 с.

44. Лозовский В.Н. Надежность и долговечность золотниковых плунжерных пар. М.: Машиностроение. 1971. 232 с.

45. Луговой В.П. Исследование процессов доводки шариков в поле ультразвуковых колебаний. Автореф. канд. техн. наук.-Минск: 1980. -20 с.

46. Лукин Н.Т., Лысенко ВЖ, Иванов М И. и Липатов AM. Способы бесцентровой доводки наружных цилиндрических поверхностей деталей. Авт. свид. №814663 кл. В24В 1/00, В24В 5/18. Опубл. 23.03.81. Бюл. №11.

47. Маслов E.H. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение. 1974. -320с.143

48. Мирзоалиев И. Разработка и исследование процесса центробежной абразивной доводки высокоточных деталей. Автореф. . канд. техн. наук. -Л., 1987.-16 с.

49. Мирзоалиев И., Убайдуллаев А.Н. Устройства для одновременной доводки наружной и внутренней поверхностей детали типа втулки // Труды Таджикского технического университета. Серии «Механика и технология», Душанбе. 1995. С 68-72.

50. Мишин И.А. Долговечность двигателей. Л.: Машиностроение. 1966, -100 с.

51. Мороз Б.М., Пикула Н.В. Устройство для виброцентробежной обработки. Авт.свид. № 1781008 А1 кл. В24В 31/108. Опубл. 15.12.92. Бюл. №46.

52. Налимов В.В. "Применение математической статистики при анализе вещества". М.: Физматгиз, 1960. 431с.

53. Налимов В.В. Теория эксперимента. М., Наука. 1971. - 208 с.

54. Непомнящий Е.А., Кремень З.И. Анализ процесса маркирования доводочных притиров на основе теории случайных процессов. "Вестник машиностроения". 1965. №9.

55. Овечкт В.П., Галашев В.А. Устройство центробежной абразивной обработки деталей Авт. свид. №11554227 А кл. В 24в-31/108. Опубликовано 15.05.85. Бюл. №18.

56. Овечкт В.П., Мерзлюков Г.Г. и др. Устройство для центробежной обработки деталей. Авт.свид. №118964 А кл. В 24 В 31/108 Опубликовано 07.11.85. Бюл. №41.

57. Орлов П.Н. "Алмазно-абразивная доводка деталей" М.: ВНИИ МАШ, серия С-Х-Ч, 1972.-198 с. сил.

58. Орлов П.Н. Алмазно-абразивная обработка деталей. М., Машиностроение 1972.-217 с.

59. Орлов П.Н., Савелова А.А. и др. Доводка прецизионных деталей машин. М.: Машиностроение, 1978. 256 с.144

60. Поносов /7.77. Исследование физической сущности процесса плоской притирки при непрерывной подаче абразивной эмульсии //Труды Уральского политехнического института им. С.М. Кирова. Сб. 80. Вопросы технологии машиностроения. 1959.

61. Пешкова Д.Д. Повышение безотказности прецизионных плунжерных пар трения. Автореф. канд. ттехн. наук. Киев. 1978.

62. Проников A.C. Основы надежности и долговечности машин. М.: Изд-во Стандартов. 1969. С. 160.

63. Протодяконов М.М., Тедер Р.И. "Методика рационального планирования экспериментов" М.: Наука, 1970. -71 с.

64. Пустылъник Е.И. "Статистические методы анализа и обработка наблюдений". М.,1968. 288 с.

65. Расолько A.M., Пашин А.Д., Сай A.C. и др. Устройство для центробежной обработки . Авт. свид. №1220754 А кл. В 24 В31 /108. Опубликовано 30.03.86. Бюл. №12.

66. Рябов H.H. Способ обработки изделий. Авт. свид.№444629 кл. В24В 31/08. Опубл. 30.09. Бюл. №36.

67. Сагарда A.A., Черновский Н.Х., Мишкаевский П.Л. Алмазно-абразивная обработка деталей машин. Киев: 1974. 200 с.

68. Семибратов М.Н. Исследование кинематики оптических станков типа ШП. "Оптико-механическое приборостроение". Сборник статей под редакцией проф. С.И. Фрейберга. М.: 1955, Госиздат, Оборон, промышленность.

69. Семибратов М.Н. Некоторые особенности понятия технологии оС-\-оптических поверхностей свободным абразивом. "Оитико- -.-с ; приборы". М.: 1964.

70. Семибратов М.Н. Создание управляемых процессов шдишовн-полировки оптических поверхностей. "Оптико-механическая промышленность". M., 1958, №9. - С. 39- 42.145

71. Сергеев Ю.Т., Левченко A.B., и др. Способ обработки внутренних поверхностей крупногабаритных цилиндрических деталей. Авт. свид. №969987, кл. В24В 31/06. Опубл.23.09.82.Бюл. №35.

72. Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И.В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений. М. Наука, Главе, ред. физ-мат. литературы, 1969, - 511с.

73. Соколов С.П. Тонкое шлифование и доводка. М.: Машиностроение. 1961.

74. Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения. -М.: Машиностроение. 1972. 216 с.

75. Субач А.П., Пап А.Я., Алнис Я.А. Вибро-центробежная машина для отдельных деталей. Авт. свид. №818833 кл. Щ4в 31/08. Опубл.07.08.81. Бюл. №13.

76. Ташкинов Г.А. Исследование износа плунжерных пар топливного насоса трактора Д-54: Автореф. канд. техн. наук. М., 1954. 20 с.

77. Технология обработки абразивным и алмазным инструментом. Под ред. З.И. Кременя. М.: "Машиностроение" . 1989.

78. Тошпулатов М. Исследование работоспособности топливоподавающей аппаратуры автотранспортных дизелей в условиях высокой запыленности окружающей среды. Автореф. канд. техн. наук. Ташкент, 1979. - 20 с.

79. Трилскш В.О., Журавлев H.A. и др. Способ центробежной абразивной обработки поверхностей деталей. Авт. свид. №1407773 AI кл. В24ВЗ1/108. Опубл. 07.07.88. Бюл. №25.

80. Фасотуров С.С. Устройство для центробежной обработки. Авт. свид. № 1379061 AI кл. В 24 В 31/108. Опубл. 07.03.88. Бюл. №9.

81. Фасотуров С.С. Устройство для центробежной обработки. Авт. свид. №1315256 А 1 кл. В24 В 31/108. Опубл. 07.06.87. Бюл. №21.

82. Филонов И.П. Механика процессов обкатки. Минск, Наука и техника. 1985. -328 с. сил.146

83. Фомин Ю.Я., Никонов Г.В., Ивановский В.Г. Топливная аппаратура дизелей. М. Машиностроение, 1982. -168 с.

84. Фрейдкин М.Я. Механизация доводочных работ и шлифования процесса доводки. "Качество поверхности деталей машин". Сб.2. АН. СССР, 1953.

85. Хабарин И.Н. Исследование методов притирки и полирование плоских стальных деталей. Автореф. канд. техн. наук. М., 1949. - 16 с.

86. Халимулин P.M., Юнусов Ф.С., Исмаилов P.P. Центробежное устройство. Авт. свид; №1781010 A1 В24В 31/108. Опубл. 15.12.92. Бюл. №46.

87. Шубников А.В. Элементарные механические явления при шлифовании и полировании.// Труды семинара по качеству поверхности. Сб.З. Изд-во АН.СССР. М.: 1957.

88. Щегал М.Я. Доводка измерительных инструментов. М., Машгиз, 1947. -280 с.

89. Ящерицын П.И. и др. Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин и приборов / П.И. Ящерицын, А.Г. Зайцев, А.И. Барботко. Минск, Наука и техника, 1976. - 328 с. с ил.

90. Ящерицын П. И. и др. Новое в технологии шлифования поверхностей / П. И. Ящерицын, Г.П. Кривко, M.JI. Ермоненко. Минск: Вышэйщая школа, 1976. -144 е., ил.

91. Ящерицын П.И. Повышение эксплуатационных свойств шлифованных поверхностей. Минск, Наука и техника, 1966. -860с.1471. ПРИЛОЖНИЕ 1:1. Фотографии, круглограммы

92. Устройство для одновременной обработки наружной и внутренней поверхностей деталей типа втулки, а также шариков.1. Сепаратор1. Кассетный сепаратор• • •1. Сепаратор.153

93. Круглограмма до обработки 025.154

94. Круглограмма после обработки 0 25.155

95. Круглограмма до обработки 014.156гШЩ-,1. Щ : ■■-V' Ос1. Щ: ■ %