автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности шлифования глубоких отверстий путем управления перебегом и формой круга при учете теплонапряженности процесса

На правах рукописи

ВИНОГРАДОВА Татьяна Геннадьевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ ПУТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕБЕГОМ И ФОРМОЙ КРУГА ПРИ УЧЕТЕ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОСТИ ПРОЦЕССА

Специальность 05.02.08 -Технология машиностроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 НОЯ 2013

005540985

Самара - 2013

005540985

Работа выполнена на кафедрах «Технология машиностроения» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет» и федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Чебоксарский политехнический институт (филиал) МГОУ имени B.C. Черномырдина»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор CAJIOB Петр Михайлович

Официальные оппоненты: СКУРАТОВ Дмитрий Леонидович, доктор технических

наук, профессор, заведующий кафедрой «Механическая обработка материалов» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева (национальный исследовательский университет)»

БУРОЧКИН Юрий Павлович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Инструментальные системы и сервис автомобилей» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный технический университет»

Защита диссертации состоится 23 декабря 2013 г. в 14.00 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.217.02 ФГБОУ ВПО «СамГТУ» по адресу: г. Самара, ул. Галактионовская, 141, корп. №6, ауд. №33 (почтовый адрес: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета по адресу: 443100, Россия, г. Самара, ул. Первомайская, Д. 18.

Отзывы на автореферат просим высылать (в двух экземплярах) по адресу: 443010, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, д.244, Самарский государственный технический университет, Главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.217.02.

Автореферат разослан 2013 г.

Ученый секретарьдиссертационного совета Д доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение эффективности технологий в механообработке связано с совершенствованием наиболее трудоемких и энергозатратных операций. К таким относится получистовое и чистовое внутреннее шлифование с продольной подачей (ВШ с 1111) в условиях малой и пониженной жесткости технологической системы (ТС). Процесс ВШ с 1111 вполне конкурентоспособен при изготовлении и восстановлении ряда ответственных деталей, когда требуется шлифование с положительным просветом (ти>0, где т - расстояние между крайними положениями круга в отверстии).

Основные недостатки ВШ с 1111 при обработке глубоких отверстий — значительные деформации в технологической системе (ТС), уменьшающие площадь контакта круга с заготовкой, высокие частоты вращения круга, наличие реверсирования продольной подачи, трудности с подачей смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону резания и другие существенно ограничивают производительность процесса, затрудняют обеспечение требуемых параметров поверхностного слоя отверстий, приводят к локальному износу круга и уменьшению его стойкости, увеличивают затраты, связанные с правкой. Наиболее сложно и трудоемко обеспечить точность продольного сечения глубокого отверстия — цилиндричность и отсутствие царапин на поверхности. Требуемые параметры обеспечиваются управлением величиной перебега круга за края отверстия при многократном замере размеров по сечениям отверстия и длительным выхаживанием. Теоретические исследования по определению перебега, учитывающие длину отверстия, форму круга и условия его нагружения за двойной ход, а также повышенную теплонапряженность процесса в зонах реверсирования, отсутствуют. Имеющиеся исследования без убедительного объяснения содержат рекомендации выбирать перебег в пределах — от 0,2 до 0,5 от высоты круга.

Исходя из сказанного, процесс ВШ с 1111 глубоких отверстий нуждается в совершенствовании.

Цель работы - повышение производительности шлифования и обеспечение требуемых геометрических параметров поверхностного слоя глубоких и относительно глубоких отверстий путем управления перебегом и формой круга при учете теплонапряженности процесса.

Для достижения поставленнойцели решены следующие основные задачи:

•Сделан анализ особенностей силовой и тепловой напряженности процесса в зонах реверсирования продольной подачи.

•Разработаны математические модели по определению величины перебега круга при различных условиях его нагружения и теплонапряженности процесса.

• Исследовано влияние жесткости технологической системы на положение круга в пространстве. Установлена зависимость между величиной натяга в ТС и формой круга.

•Установлена связь между натягом и углом поворота торца круга при отжатии его от заготовки.

•Исследована правка кругов при невысокой жесткости ТС.

в

•Выявлена специфика выбора циклов обработки конусообразными кругами при ВШ с ПЛ.

Методы и средства исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием научных положений технологии машиностроения, сопротивления материалов, теплофизики резания, статистики и теории вероятности. Обработка результатов осуществлена с помощью программных пакетов МаШСАБ и М1сгозойЕхсе1. Экспериментальные исследования выполнены на модернизированном оборудовании с использованием аттестованных приборов и средств измерения.

Научная новизна работы:

— установлено различие условий нагружения круга по сторонам отверстия в зонах реверсирования;

— разработаны математические модели по расчету величины перебега круга за края отверстия при различных условиях его нагружения и тепловой ситуации в зоне обработки;

— найдена физико-математическая зависимость по определению вероятности снятия металла абразивными зернами, учитывающая прочностные свойства материала в процессе его сошлифовывания и степень потери кругом работоспособности.

— определен диапазон колебаний угла поворота торца круга, в пределах которого в шлифовании участвует вся рабочая поверхность круга.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

- увеличение производительности процесса и запаса технологической надежности;

- повышение стойкости круга, уменьшение затрат, связанных с правкой;

- методика правки конусообразных кругов при нежесткой ТС;

- рекомендации по выбору цикла работы, обеспечивающего эффективное использование кругов конусообразной формы.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены на предприятии ОАО «ЦАРЗ №487», г. Уфа, в ООО Научно - производственном предприятии «ИННОТЕХ» и ЗАО «Чебокомплекг», г. Чебоксары, а также в учебный процесс Чебоксарского политехнического института (филиала) МГОУ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели по расчету величины перебега круга при различных условиях нагружения круга и глубины отверстия.

2. Различие условий нагружения круга в зонах реверсирования.

3. Определение диапазона колебаний угла разворота торца круга при отжатии его от заготовки, в пределах которого в шлифовании участвует вся периферия круга.

4. Экспериментальные исследования по определению жесткости ТС, а также зависимости между углом поворота торца круга и натягом в ТС круга.

5. Методика правки конусообразных кругов при нежесткой ТС.

6. Рекомендации по выбору цикла работы, обеспечивающего эффективное использование кругов конусообразной формы.

7. Научно-обоснованные рекомендации по внедрению результатов исследований.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Резниковские чтения» (Тольятти 2008г.); «Высокие технологии в машиностроении» (Самара 2009, 2010, 2012гг.); «Первое исконно русское слово - в начале машиноведения» (Чебоксары 2008г.); «В мире техники и технологий» (Чебоксары 2010г.); «Механики -XXI веку» (Братск 2013г.); «Технология упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика» (С-Петербург 2013г.).

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на расширенных заседаниях кафедр «Технология машиностроения» Чебоксарского политехнического института (филиала) МГОУ имени В.С.Черномырдина, Самарского государственного технического университета, на научных семинарах в Чувашском государственном университете имени И.Н.Ульянова и Ульяновском государственном техническом университете.

Публикации. По теме диссертацииопубликовано 19 работ, в том числе 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикаций материалов докторских и кандидатских диссертаций; 15 статей - в сборниках научных трудов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы из 108 наименований и приложений, основная часть содержит 162 страниц текста, 44 рисунка и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, анализируется роль и место процесса ВШ с ПП глубоких отверстий в современном производстве. Выделяются особенности самого процесса и правки кругов, связанные с высокими частотами вращения и возникновением дисбаланса в ТС, приводящие к более интенсивному снижению эффективности операции, по сравнению с лезвийной обработкой, при увеличении отношения длины обрабатываемого отверстия к диаметру. Дается общая характеристика работы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен обзор работ по исследованию процесса внутреннего шлифования глубоких отверстий. Отмечен большой вклад Б.С. Балакшина, Н.А.Бородачева, Н.И. Веткасова, А.М.Дальского, А.Н.Гаврилова, Ю.И.Иванова, В.А.Иванова, Е.С.Киселева, К.С.Колева, В.С.Корсакова, В.М.Кована, А.Н.Малова,

A.А.Маталина.М.А.Минкова, В.Г.Митрофанова, И.П.Никифорова, Н.В.Носова,

B.Н.Подураева, В.А.Прилуцкого, С.И.Рубинчика, Д.Л.Скуратова, А.Г.Суслова, А.П.Соколовкого, В.Н.Трусова, А.Н.Унянина, Ф.П.Урывского, Л.В.Худобина,В.А.Челецкого, П.И.Ящерицына, Т.е.а. В^еггу, \V.Grahom, Н.БоШ^ег, А.О.К^, W.Konig, Е.\\^ёшег, ПпаБак!, С.СЬегщ в повышение эффективности процесса. Во всех работах отмечается малая жесткость и большие отжатия в ТС, что ограничивает производительность процесса и стойкость круга. В большинстве работ, посвященных точности выделяется роль управления перебегом круга за края отверстия, как одну из главных для уменьшения трудоемкости процесса при обеспечении требуемой цилиндричности. Даются рекомендации по управлению процессом для исключения тепловых дефектов и царапин на обработанной

поверхности, а также увеличения площади контакта круга с заготовкой. Для повышения эффективности процесса рекомендуется применять сферообразный круг или изменять положение оси шпинделя круга по мере увеличения отжатая. Первый из этих методов (авторы Ю.С.Степанов и Б.И.Афонасьев) способствует стабилизации процесса, однако предполагает дополнительные затраты, связанные с правкой круга. Второй метод (авторы И.П.Никифоров и др.) — усложняет управление процессом из-за наличия в ТС активных магнитных подшипников и применения шлифовальных головок переменной изгибной жесткости. В большинстве исследований влияние формы круга на процесс не упоминается. С целью активизации процесса и повышения точности отверстий рекомендуется оптимизировать режимы резания (Д.В.Челядинов и др.), применять импрегнированные круги (Е.А.Шевелева и др.). Рекомендуются новые СОЖ и методы их подачи в зону обработки. Среди них отмечаются работы, выполненные под руководством Л.В.Худобина. Развиваются направления по скоростному шлифованию, шлифованию прерывистыми и комбинированными кругами, шлифованию разжимающимися (раздвигающимися) брусками и др. Предлагаются мероприятия по уменьшению припусков и допусков для ВШ с ПП на операциях, предшествующих окончательным. Анализ этих направлений выполнен И.П.Никифоровым.

Теоретические исследования по определению величины перебега круга с учетом всех особенностей процесса, связанных с реверсированием, отсутствуют.

Из обзора следует, что предлагаемые нами разработки дополняют многие развиваемые направления и не предполагают значительных капитальных затрат.

Во второй главе приведены теоретические исследования по обеспечению цилиндричности отверстия за счет регулирования величиной перебега круга с учетом теплонапряженности процесса. В рассматриваемых моделях принято, что жесткость ТС заготовки существенно выше ТС круга, и ее податливостью можно пренебречь. То есть рассматривается вариант обработки толстостенной гильзы с использованием люнета.

Удельный съем материала увязан с удельной радиальной силой прижатия круга к заготовке р„ и относительной вероятностью съема материала абразивным зерном Р(М) зависимостью вида IV = Ср • • Р(М) , где IV- скорость изменения размера заготовки; Ср- коэффициент, а — показатель степени.

Как показывает анализ, условия нагружения круга в зонах реверсирования по сторонам отверстия различны. Под действием «опрокидывающего» момента (термин Б.С.Балакшина) более интенсивно увеличиваются удельные нагрузки на круг в глубине отверстия. Это различие сказывается, когда просвет т меньше трех высот круга Вк(т<ЗВк).

Для расчета перебега при обработке глубоких и относительно глубоких отверстий, когда ш>3Вк, использована модель, показанная на рис. 1. Круг равнонагружен по образующей в центральной части отверстия. Перераспределение нагрузки при выходе круга принято одинаковыми с обеих сторон отверстия. Это предполагает равенство перебега К по обе стороны отверстия. К выражаем в долях высоты круга. Время, в течение которого заданное сечение обрабатываемой поверхности находится в зоне обработки, также выражалось в долях высоты круга,

прошедшей через это сечение за двойной ход. В долях высоты круга выражалось и время, связанное с реверсированием продольной подачи. Линейное увеличение радиусов заготовки за двойной ход в выделенных точках А, Е, С, Д и В соответствует интегральным площадям 2 <3д, 2()Е, 2()с, 2<Зс+СЬ, 2(2д+СЬ, 20В+СЬ, где СЬ — съем материала за период реверсирования. На основе принципа автогенерации (взаимоприрабатываемости) при шлифовании с просветом искажения прямолинейности образующих круга и отверстия не будет происходить при равенстве съема материала в центре отверстия и по краям. То есть должно выполняться равенство 2С)А=2С)в+СЬ- Скорость радиального съема материала до и в момент выхода круга из отверстия на величину х подчиняется зависимостям

для точки А и левее ее (см. рис.1)^ = с ■ РЛ(М)\

для точек правее точки А \ух = С ■ РХ(М)\

В.-х

где Ру - сила прижатия круга к

заготовке; Ра(М) и Рх(М) — вероятности снятия разогретого металла абразивными зернами в сечениях, проходящих по центральной части отверстия, в том числе через точку А и точку с координатой х.

Получены следующие зависимости

р

^=(1 -ку

РАМ)

, при а=1

[(1-«)[ ] РВ(М)\

где Р - дополнительный путь, который круг прошел бы за время, необходимое для реверсирования (торможение и разгон), выраженный в

Рис. 1. Расчетная модель (а) по определению линейного съема материала в точка\А(б), Е(в), С'(г), С (д), Д(е) и В(ж),выраженного заштрихованными площадями (АВ=ВК)

долях от высоты круга; Рц(М) — вероятность снятия металла абразивным зерном в сечении, проходящим через край отверстия (точка В).

Этот же методологический подход используется для расчета перебега при различных просветах и условиях нагружения круга. При нагружении круга по закону близкому к треугольному с максимумом на кромке, ближней к передней опоре шпинделя круга, величины перебегов наружу (частичный выход из отверстия)- Кн и внутри отверстия - Кв определяются из зависимостей

-^-(2-2«'+(2 - К„)•»)= Р„ а +1

— (1 - 2«« + (2 -Кв )«♦■)= Л,

а +1

' Р„(М){\-КН РЛМ)( К1

■ Р„(М)\\-к.

+ 1 -2«

где Рн и Рв — коэффициенты, характеризующиедополнительное время (путь) контакта тел из-за наличия реверсирования; Рнар.(М) и Рвн.(М) - вероятности снятия разогретого металла в приторцовых сечениях снаружи и внутри отверстия.

Определение величины перебега при шлифованииотверстий с малым просветом (т<ЗД) находилось при тех же основных предпосылках, что указано ранее. Отличие состоит в том, что при уменьшении отношения длины оправки I к Вк, где / — расстояние от передней опоры до круга, сказывается различие по краям отверстия перераспределение плеч и усилий нагружения в зоне реверсирования. При 1/Вк=1 имеем:

1=1

Щ 1+2/,

2(1 -К„)

-lnff-Ä-J

при а=1,

i=i+

Т Р, г\+й\Х\-кв)

МЫ А

-In Q-KB)

"(1 -к.Г

РнО'-с) 2(1 -Кну

, при а=1

, Р*О-«)"

при аф\.

, при аф\.

2(1 -К„У

Для определения вероятности удаления материала использована методика С.Н.Корчака (область низких температур и зон интенсивного их снижения) и Д.Г. Евсеева, А.Н. Сальникова, использующих модификацию К.Макгрегора, И.Фишера.На основе теоретико-экспериментальных исследований при ВШ с ПП конструкционных сталей электрокорундовыми кругами расчетная формула имеет вид:

р(М) =-07 где Qmax и Q;- максимальная и текущая производительности

j^Ojnax ) процесса,мм3/мин; ен - «коэффициент выдавливания или коэффициент наплывов», ед=0,23-Ю,60; сг?°'с - интенсивность напряжений в зоне стружкообразования, соответствующая шлифованию образцов при 20°С; о?°д - интенсивность напряжений в зоне стружкообразования, соответствующая шлифованию образцов при модифицированной температуре шлифования в тот же момент; ар — коэффициент, характеризующий долю скольжения абразивного зерна без снятия стружки, ар=1,2-К2.

При расчете контактной температуры, необходимой для оценки теплонапряженности процесса, учитывалось: различные условия нагружения круга по высоте; величина перебега; увеличение длины дуги контакта круга с заготовкой, Ki~ 1,(Н-1,1; перераспределение нагрузки по высоте круга Вк (при просвете m<3Вк) в момент выхода круга из отверстия. Разница в долях тепла, поступающего в заготовку при реверсировании внутри отверстия и снаружи, оценивалась при расчете теплового баланса. Установлено, что наибольшие температуры возникают в зоне реверсированияв глубине отверстия, когданагрузка на внутренней кромке круга максимальна. В этой зоне наибольшая вероятность возникновения дефектов в виде царапин, прижогов.

Влияние формы круга на условия его контактирования с заготовкой. Деформации в ТС изменяют положение тел в пространстве. Как следует из рис.2, вся

рабочая поверхность цилиндрического круга контактирует с заготовкой при условии, когда величина Итах, равная ВС (см. рис.2,а), будет меньше суммы (/?.+?), где Г<- — шероховатость обработанной поверхности; I - величина сошлифовываемого слоя материала за ход стола (круга), которая при малой жесткости ТС нередко меньше величины Я2. Обеспечить два условия: Итш<(Я:+1) и эффективное использование режущей способности цилиндрического круга, трудноосуществимо, т.к. при допускаемом угле изгиба оправкиа от 0 до атах ~{Я2+{)1ВК (рад) усилия прижатия круга к заготовке малы.

Рис.2. Положение цилиндрического (я) и конического (б) кругов при наличии натяга в технологической системе

(все углы и изгибы для наглядности значительно увеличены)

Следовательно, целесообразно шлифовать конусообразными кругами, поддерживая в определенных пределах деформацию в ТС. При этом несложно обеспечить равномерную и большую, чем при шлифовании цилиндрическим кругом, нагрузку по высоте круга.

Адекватность предлагаемых моделей по определению перебега круга проверялась экспериментально и оценивалась по критерию Фишера.

В третьей главе представлены методики проведения исследований, используемое оборудование, аппаратура, материалы. К заслуживающим внимания методикам следует отнести отработку условий правки, определение зависимости угла разворота круга от натяга, исследование мгновенной зоны контакта, исследование температур.

Четвертая глава посвящена повышению эффективности шлифования глубоких отверстий путем управления перебегом и формой круга.

Обеспечение рационального использования кругов конусообразной формы.

Шлифование, когда при натяге образующая круга (периферия) занимает положение параллельное продольной подаче (на рис.2,б а=аопт), обеспечивает равномерное силовое и тепловое нагружении по ширине контакта. Это способствует увеличению производительности, уменьшению шероховатости поверхности и вероятности возникновения дефектов на заготовке. Управление перебегом для обеспечения требуемой цилиндричности отверстия упрощается. При работе положение периферии круга колеблется в пределах некоторого диапазона. В пределах его круг должен работать всей периферией.

Применительно к шлифованию глубоких отверстий, когда длина консоли с кругом

значительна, а углы разворота торца круга малы (lga~sina'~a рад), соотношение между конусностью круга и углами разворота его торца от действующей нагрузки ориентировочно можно определить по схеме, показан-ной на рис.3.

Расчеты целесообразно выполнять в следующей последовательности.

Исходя из опыта, задается величина радиальной нагрузки на круг Ру, обеспечивающая требуемые параметры процесса (производительность, шероховатость и т.п.). По имеющимся тарировочным графикам (см. рис.4) определяется прогиб Дк и оптимальный угол разворота торца консоли с кругом аопт, равный углу, определяющему конусность круга, срк. Далее рассчитываются углы атш и атах- Угол атт — это требуемый минимальный угол разворота торца круга до положения, когда в работу вступает вся периферия круга (положение К-2 на рис.3). Диапазон разворота круга равен amax - amin.

/ ¡.-т.-

V/tM/'Ч»

.....

fpsxtrb

Рис.З. Схема для расчета предельных углов разворота торца круга. Положения круга: I (О-К-1) - исходное; II (Oi-K-2) и IV (Оз-К-4) - круг минимально и максимально развернут; III (О2-К-З) - образующая параллельна продольной подаче.

Из рис.3 am,n=a0

Ъ+'ф

> ^шах

■=а„„т+ ■

^тах " ^-п

фг .

amin>0,

« 7 1нал um. ij 7 шал Iiiiii п

/). Вк

где Rzj и Rz2 — шероховатости поверхности, обеспечиваемые шлифованием при натягах (нагрузках), соответствующих углам разворота образующей круга на величины amm и amax;t,[,i и Ц2 - глубина припуска, удаляемого с заготовки за ход стола (круга), при соответствующих натягах.

Для управления процессом необходима информация о податливости (жесткости) ТС. На рис.4 показаны деформации в ТС круга при оправках длиной 60 мм, диаметром 30 мм, навинчиваемых на концы шпинделей станков 312М и ЗК227В.

При исследовании установлена нелинейная связь между деформацией и нагрузкой Ак=/{Ру) и линейная между деформацией конца оправки и углом поворота ее торца - aom,=c-AK (радиан). Для рис.4,а с=5,4-10"6 рад/мкм, рис.4,б с=5,810"6 рад/мкм. Пользуясь графиками на рис.4, можно определить максимально-возможный угол разворота круга, а по нему - предельную для данного рассмотренияизгибающую нагрузку на круг. При нагрузке свыше =400 Н для станка 312М и -430 Н - для ЗК227В шлифовать, используя указанную оправку и метод ее закрепления, недопустимо из-за потери динамической устойчивости ТС.

60 50 40 30 20 10

4

мкп

// /

Л / -

К ^ V

а

Л'

'опт.'

рад-10'

20 15 10 5

4, мкп 60 50 40 30 20 10

/ )

/ /

аопт. //

\ / 'А

л

рад-10' 20

15 10 5

200 400 р //

200 400 б

Рис.4. Деформация конца оправки, навинчиваемой на шпиндель станков 312М (а) и ЗК227В (б), и углы разворота торца оправки

Управлять процессом за счет поддержания требуемого угла разворота круга не представляет особой сложности. Например, для условий рис.4,б при аопт=5-10"5 рад Рутт~ 220 Н. Принимая атах=(8";"10)-10"5 рад, имеем Рутах~ 35СК400 Н. Столь значительный разброс усилий позволяет при известном соотношении Р/Рг поддерживать (например, с помощью ваттметра) требуемое положение круга. При а>а0пт процесс более производителен, перебег внутри отверстия должен быть увеличен, а наружу - уменьшен, по сравнению с условиями, когда а=аопх. При а<аопт - наоборот.

На рис.5 показаны ускоренные циклы работы, конусность кругов и диапазоны

углов разворота их торцов при отжатии от заготовки, когда круги работают всей периферией. Изменение натягов от Д]тах до Д1тт и от Д2тах до Д2тт (рис.5,а) вызывает соответствующие

изменения углов разворота кругов (рис.5,б).

Особенностью всех циклов обработки конусообразными кругами является быстрый подвод и отвод круга, что позволяет исключить локальное врезание в заготовку кромки круга (царапину).

Шлифование глубоких отверстий - это длительный процесс, во время которого круг может правиться несколько раз, что показано на рис. 5,а.

11

Рис.5. Циклы работы (а) и диапазоны колебаний углов разворота кругов (б) при получистовом (1) и чистовом (2) шлифовании

Влияние формы и правильно выбранного перебега на показатели процесса.

В результате усовершенствования технологии процесс становится более производительным, с большим запасом технологической надежности: производительность увеличивается в 1,5^2 раза; шероховатость уменьшается в 1,2-5-1,5 раза, упрощается управление перебегом, за счет чего сокращается время на обеспечение требуемой цилиндричности отверстий, в частности уменьшается время на выхаживание, уменьшается вероятность появления глубоких царапин на поверхности. Увеличение технологической надежности позволяет уменьшить припуски на окончательные операции. Увеличивается стойкость кругов, сокращается расход абразива.

Экспериментально подтверждена корректность формул для расчета перебега круга. Минимальный перебег (0,2...0,3) ВК зафиксирован в глубине глухого отверстия при треугольной эпюре нагружения круга с максимумом на краю консоли. На противоположной стороне отверстия перебег составил (0,44...0,48)-^.

Меньшие геометрические отклонения в поперечном сечении получены при шлифовании кругами, обеспечивающими большую производительность и меньший натяг в ТС. Наибольшее влияние на их величину оказывает окружная скорость.

Наибольшие геометрические отклонения зафиксированы в зоне реверсирования. Максимальная их величина фиксируется в зоне, где находится наиболее нагруженныйкрай круга в момент реверса. В этой зоне волнистость при шлифовании коническими кругами увеличивается в 1,2-Й,6 раза, шероховатость Ятах в 1,2^1,4 раза, а при шлифовании цилиндрическими кругами соответственно, в 3-*4 раза и 1,5-^2,5 раза.

Установлено, что шлифование глубоких отверстий в ответственных деталях предполагает интенсивную подачу СОЖ. В момент реверсирования целесообразна очистка круга высоконапорной струей. Эффективны СОЖ, обладающее высокими моющими свойствами.

Пятая глава посвящена правке кругов. Исследовались условия, которые заведомо обеспечивали требуемую конусность на круге. Для определения наиболее работоспособного микропрофиля круга, обеспечивающего наибольшую производительность, было выполнено математическое планирование экспериментов. При шлифовании выдерживается следующий цикл работы: быстрый подвод - работа в пределах допустимого угла разворота круга — быстрый отвод.

Получены уравнения регрессии для всех исследованных методов правки: точения алмазными карандашами, шлифования и обкатки абразивными кругами. Даны рекомендации по применению каждого метода.

Зависимость между натягом в ТС и углом конусности на круге находили, расшлифовывая с постоянным усилием прижатия отверстиев абразивном круге, установленном вместо заготовки. С целью дополнительной проверки мягкими кругами шлифовали стальную заготовку. Наличие продольной подачи и быстрая взаимная прирабатываемость кругов обеспечивали формирование на рабочем круге конусности, соответствующей заданному прижатию, когда образующая круга параллельна продольной подаче. При этом учитывали возможность работы круга в

пределах оптимального диапазона угла разворота торца круга. Коррекция условий приработки выполнялась, используя графики Дк =ДРУ) (см. рис.4).

После правки методом точения, обеспечивающей требуемую конусность на круге, возникает необходимость во вскрытии микропрофиля мягкими абразивными брусками. Выявлена большая универсальность и стабильность правки методом обкатки. Варьируя величиной угла скрещивания при обкатке, режимами, характеристикой и размерами правящих круговобеспечиваются требуемые макро- и микрогеометрии на рабочих кругах. Стабильность правки необходима, в первую очередь, при правке эльборовых кругов (и алмазных), прирабатываемость которых низка.

В шестой главе приведенытехнические и экономические показатели эффективности использования результатов исследований. Показаны основные результаты использования разработок в производстве.

Опытно-промышленная проверка и внедрение проводилось на предприятиях ЗАО «Чебокомплект», г. Чебоксары; ООО Научно-производственное предприятие «ИННОТЕХ», г.Чебоксары; ОАО «ЦАРЗ», г. Уфа конусообразными кругами.Шлифовались отверстия в гильзах, поршнях, одно- и многовенцовых зубчатых колесах и других деталях автотракторной техники, а также в цилиндрах гидроагрегатов. Установлено увеличение производительности процесса и запаса технологической надежности. Практически полностью исключены царапины и тепловые дефекты. Трудоемкость операции уменьшается за счет увеличения производительности процесса, уменьшения времени на выхаживание и контроль деталей, за счет эффективного управления перебегом круга. На предприятии ОАО «487 ЦАРЗ» установлена целесообразность использования эльборовых, аэроборных а в ряде случаев алмазных кругов при обработке глубоких отверстий восстанавливаемых деталей промышленных тракторов, трубоукладчиков и другой тяжелой техники.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

¡.Исследовано влияние жесткости технологической системы на условия работы шлифовального круга. Доказаны преимущества применения кругов конусообразной формы.

2. Установлено, что при шлифовании с просветом, т<ЪВк силовая и тепловая напряженность процесса различна в зонах реверсирования по концам отверстия

(от — расстояние (просвет) между крайними положениями круга в отверстии).

3. Получена эмпирическая зависимость для расчета вероятности снятия металла, учитывающая прочностные свойства металла в процессе его сошлифовывания и степень потери кругом работоспособности.

4. Разработаны математические модели по расчету величины перебега круга за края отверстия при различных условиях его нагружения, тепловой ситуации в зоне обработки при шлифовании глубоких и относительно глубоких отверстий.

5. Установлена зависимость между формой круга и величиной натяга в технологической системе.

6. Получены зависимости для определения диапазона колебаний угла разворота торца

круга при отжатии его от заготовки, в пределах которого в шлифовании участвует вся периферия круга, и предельной величины этого угла. Диапазон колебаний зависит от жесткости технологической системы, шероховатости обрабатываемой поверхности Rz и высоты круга Вк.

7. Установлена зависимость между прогибом и углом разворота торца круга при отжатии его от заготовки.

8. Отработана методика правки конусообразных кругов при нежесткой технологической системе.

9. При внутреннем шлифовании с продольной подачей глубоких отверстий конусообразными кругами целесообразно работать по укороченному циклу: быстрый подвод — шлифование в пределах расчетного диапазона изменений угла разворота торца круга при отжатии его от заготовки — быстрый отвод — правка круга — быстрый подвод и т.д. до конца цикла.

10. Применение кругов конусообразной формы вместо цилиндрических позволяет увеличить производительность процесса в 1,5-^2 раза, уменьшить шероховатость обработанной поверхности Rz в 1,3^1,6 раза, a Rmax в 1,5-^2,1 раза, увеличить запас технологической надежности или уменьшить припуск на операции, предшествующей окончательной на 20-30%, уменьшить вероятность появления прижогов и царапин на обрабатываемой поверхности, в1,3-*-1,8 раза увеличить стойкость кругов и сократить расход абразива, уменьшить амплитуду продольной волнистости.

11. При шлифовании глухих отверстий целесообразно использовать конусообразные круги с максимальным диаметром на конце консоли.

12. При внутреннем шлифовании с продольной подачей необходима интенсивная подача смазочно-охлаждающей жидкости, как в зону резания, так и для очистки круга.

13. При шлифовании глубоких отверстий малого диаметра, когда допустимые усилия резания незначительны, целесообразно шлифование эльборовыми кругами, а в ряде случаев алмазными, работающими в условиях самозатачивания.

Внедрение разработок в производство обеспечивает экономический эффект свыше 222 тыс.руб. в год.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Виноградова, Т.Г. Импульсные температуры при аэроборном шлифовании/ Т.Г. Виноградова, Д.П. Салова, П.М. Салов/ЛГехнология машиностроения.- М.: 2011, №3. -С.11-14.

2. Виноградова, Т.Г. Анализ температурной ситуации при внутреннем шлифовании ответственных деталей / Д.П. Салова. Т.Г. Виноградова, П.М. Салов/Лехнология машиностроения,- М.: 2011,№5.- С.10-13.

3. Виноградова, Т.Г. Качество обработанных отверстий при электрокорундовом и аэроборном шлифовании/ Т.Г. Виноградова, Д.П. Салова, П.М. Сапов //Научно-технический вестник Поволжья. - Казань, 2011.- №1. С. 91-96.

4. Виноградова, Т.Г. Тепловой баланс при шлифовании / Д.П. Салова, Т.Г.

Виноградова, П.М. Салов // Вестник Чувашского Университета «Естественные и технические науки». - Чебоксары, 2008.-№2. С. 104-107.

Публикации в других изданиях:

5. Виноградова, Т.Г.Управление перебегом круга при внутреннем шлифовании / П.М. Салов, Т.Г. Виноградова, Д.П. Салова // «Высокие технологии в машиностроении». Материалы Всероссийской научно-технической интернет-конф. с меадунар. участием. - Самара: СамГТУ, 2009. С.61-63.

6. Виноградова (Михайлова), Т.Г. Анализ прирабатываемости тел при высоких относительных скоростях скольжения / Д.П. Салова, Т.Г. Михайлова (Виноградова), A.C. Осколков, П.М. Салов, Н.Б. Новикова // Сб. трудов научно-практической конференции «Роль науки в формировании специалиста». М.: изд-во МГОУ, 2006. - С. 92...95.

7. Виноградова, Т.Г. Исследование условий взаимодействия в термодинамической системе: абразивный круг - обрабатываемый материал - среда / П.М. Салов, Т.Г. Виноградова, Д.П. Салова // Материалы Нмеждунар. науч.-техн. конф. «Резниковские чтения»,- Тольятти, ТГУ, 2008. - С. 3 14-319.

8. Виноградова, Т.Г. Глубинное шлифование твердых сплавов. Сб. трудов Чтений в день памяти учителей Словенских Кирилла и Мефодия - междунар. междисциплин, науч. конф. «Первое исконно русское слово - в начале машиноведения». - Чебоксары, 2008.-Вып.2 с. 31-35.

9. Виноградова, Т.Г. Расчет импульсной температуры при шлифовании / П.М. Салов, Т.Г. Виноградова, Д.П. Салова // «В мире технике и технологий».Феодоровские Богородицкие чтения - международная междисциплинарная научная конференция. — Чебоксары: ЧувГУ, 2010,- С. 62-65.

10. Виноградова, Т.Г. Определение импульсных температур при аэроборном шлифовании / П.М. Салов, Т.Г. Виноградова, Д.П. Салова // Сб. трудов научно-практической конференции «Инновации в образовательном процессе». - Чебоксары: Чебоксарский политехи, институт (филиал) МГОУ, 2009.- Выпуск 7. С. 124-127.

11. Виноградова, Т.Г. Определение величины перебега круга при внутреннем шлифовании / С.С. Сайкин, П.М. Салов, Т.Г. Виноградова // «Инновации в образовательном процессе». Сб. трудов научно - практической конференции. -Чебоксары: ЧПИ (ф) МГОУ, 2010,- Выпуск 8. С. 85-87.

12. Виноградова, Т.Г. Определение вероятности удаления материала при резании абразивным зерном/ Т.Г. Виноградова, П.М. Салов, Д.П. Салова//«Высокие технологии в машиностроении» - материалы Всероссийской научно-технической интернет-конф. с междунар. участием. - Самара: СамГТУ, 2010. С.18-20.

13. Виноградова, Т.Г. Влияние СОЖ на тепловой баланс / Т.Г. Виноградова, П.М. Салов, Д.П. Салова// «Высокие технологии в машиностроении» - материалы Всероссийской научно-технической интернет-конф. с междунар. участием. - Самара: СамГТУ, 2010. С.21-23.

14. Виноградова, Т.Г. Внутреннее шлифование с продольной подачей / П.М. Салов, Д.П. Салова, Т.Г. Виноградова и др. // Чуваш.гос. ун-т. - Чебоксары: 2012. Деп. в ВИНИТИ 22.06.12, №286-В2012. - 56с.

15. Виноградова, Т.Г. Устойчивость шпиндельного узла круга при внутреннем

шлифовании / П.М. Сапов, Д.П. Салова, Т.Г. Виноградова // «Высокие технологии в машиностроении»- материалы Всероссийской научно-технической интернет-конф. с междунар. участием. - Самара: СамГТУ, 2012. С.43-45.

16. Виноградова, Т.Г. Тепловые явления при внутреннем шлифовании с продольной подачей / П.М. Салов, Д.П. Салова, Т.Г. Виноградова // «Высокие технологии в машиностроении»- материалы Всероссийской научно-технической интернет-конф. с междунар. участием. - Самара: СамГТУ, 2012. С.75-77.

17. Виноградова, Т.Г. Колебания и число зерен в зоне контакта при шлифовании/ П.М. Салов, Д.П. Салова, Т.Г. Виноградова // Механики XXI веку. XII Всероссийская научно-техническая конференция с междунар. участием: сборник докладов. - Братск: «БрГУ, 2013. С.95-98.

18. Виноградова, Т.Г. Внутреннее шлифование глубоких отверстий в восстанавливаемых деталях/ Т.Г. Виноградова, Н.В. Мулюхин, П.М. Салов и др.// Технология упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика: В 2-ч. Часть 1: Материалы 15-й междунар. научно-практич. конф.: СПб.: Изд-во Политех, ун-та, 2013. С. 248-253.

19. Виноградова, Т.Г. Повышение производительности и точности при внутреннем шлифовании с продольной подачей/ Т.Г. Виноградова, П.М. Салов, Д.П. Салова// «Инновации в образовательном процессе» Сб. трудов научно - практической конференции. - Чебоксары: ЧПИ (ф) МГОУ, 2013.- Выпуск 11. С. 74-79.

Автореферат отпечатан с разрешения диссертационного совета Д 212.217.02 ФГБОУ ВПО Самарский государственный технический университет (протокол Л&^от 11.11.2013 г.) Заказ № 398 Тираж 100 экз. Отпечатано на ризографе. ФГБОУ ВПО Самарский государственный технический университет Отдел типографии и оперативной печати 443100 г. Самара ул. Молодогвардейская, 244

На правах рукописи

04201455395 ВИНОГРАДОВА Татьяна Геннадьевна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ ПУТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕБЕГОМ И ФОРМОЙ КРУГА ПРИ УЧЕТЕ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОСТИ ПРОЦЕССА

Специальность 05.02.08 -Технология машиностроения

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Салов Петр Михайлович

Самара 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение........................................................................................5

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ

ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ

ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ ПУТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕБЕГОМ И ФОРМОЙ

КРУГА ПРИ УЧЕТЕ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОСТИ ПРОЦЕССА (литературный обзор).........................................................................11

1.1.Роль и место внутреннего шлифования с продольной подачей глубоких отверстий в современном производстве....................................................11

1.2.Точность обработки при ВШ с ГШ.....................................................14

1.2.1. Роль перебега круга при ВШ с ПП..............................................16

1.2.2. Влияние вероятности снятия материала на точность обработки.........18

1.2.3. Анализ тепловой ситуации при ВШ с 1111.....................................20

1.2.4. Применение СОЖ при ВШ с ПП.................................................21

1.2.5. Виды абразивных материалов, применяемые при ВШ с ПП..............22

1.2.6. Деформации в ТС...................................................................25

1.2.7. Форма круга и роль правки......................................................28

1.2.8. Циклы обработки...................................................................32

1.3. Методы эффективного шлифования................................................34

1.4.Качество обработанной поверхности................................................38

1.4.1. Образование зарезов и царапин на обрабатываемой поверхности......42

1.5. Выводы по главе........................................................................44

1.6. Постановка цели и задач.............................................................45

2. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ В ПРОДОЛЬНОМ СЕЧЕНИИ ЗА СЧЕТ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕБЕГОМ КРУГА........................47

2.1 Определение величины перебега круга...................................................47

2.2 Определение вероятности удаления материала при шлифовании..............64

2.3 Влияние температуры шлифования на величину перебега.....................76

2

2.4 Влияние формы круга на условия его контактирования с заготовкой........83

Выводы по главе................................................................................90

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.................................91

3.1 Оборудование, материалы, инструменты...........................................91

3.2 Методика исследования усилий при низкой жесткости технологической системы.........................................................................................93

3.3 Методика измерения температуры шлифования..................................101

3.4 Исследование процессов правки кругов при низкой жесткости технологической системы................................................................103

4. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ ПУТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕБЕГОМ И ФОРМОЙ КРУГА ПРИ УЧЕТЕ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОСТИ ПРОЦЕССА...........................105

4.1 Разработка методики рациональной эксплуатации и формообразовании конусообразных кругов......................................................................105

4.2 Управление величиной перебега круга..............................................114

4.3 Влияние характеристик кругов на геометрическую точность обработанных поверхностей.................................................................................120

5. ПРАВКА КРУГОВ.........................................................................127

5.1 Правка методом точения................................................................127

5.2 Правка кругов методом шлифования...............................................133

5.3 Правка методом обкатки............................................................................137

Выводы по главе..............................................................................140

6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРАБОТОК И

ВНЕДРЕНИЕ ИХ В ПРОИЗВОДСТВО................................................142

6.1 Экономическое обоснование эффективности использования результатов

исследований в производственных условиях.....................................142

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................................149

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ...................................151

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Акты внедрения..........................................................161

Приложение 2. Проверка экспериментов...............................................170

Введение

Повышение эффективности технологий в механообработке связано с совершенствованием наиболее трудоемких и энергозатратных операций. К таким следует отнести получистовую и чистовую обработку глубоких отверстий в некоторых типах деталей, когда внутреннее шлифование с продольной подачей (ВШ с ПП) вполне конкурентоспособно с другими методами обработки.

Процесс ВШ с ПП широко используется в серийном, мелкосерийном и единичном производстве при изготовлении и восстановлении ответственных деталей типа зубчатых колес, гильз, поршней, втулок, фланцев, корпусов дифференциалов, блоков цилиндров и др. Его достоинствами являются доступность и универсальность, а также способность обрабатывать различные материалы, обеспечивая требуемые точность и шероховатость поверхности. При реновации деталей наносимые на восстанавливаемые поверхности отверстий материалы обрабатывают шлифованием. ВШ с ПП применяется перед хонингованием и раскаткой, что позволяет уменьшить припуск на эти операции и обеспечить высокое качество обработанной поверхности.

Основные недостатки ВШ с ПП — невысокая жесткость технологической

системы (ТС) в зоне обработки, высокие частоты вращения круга, наличие

реверсирования продольной подачи, трудности с подачей смазочно-

охлаждающей жидкости (СОЖ) в зону резания существенно ограничивают

производительность процесса, затрудняют обеспечение требуемого качества

обрабатываемых поверхностей и детали в целом. Наиболее сложно и трудоемко

обеспечить точность продольного сечения глубокого отверстия -

цилиндричность, отсутствие царапин. Требуемую цилиндричность

обеспечивают управлением величиной перебега круга за края отверстия,

царапины не допускают, исключая возможность локального врезания участков

5

круга. Теоретические исследования по определению перебега, учитывающие форму круга и условия нагружения его за двойной ход, а также повышенную теплонапряженность процесса в зонах реверсирования, отсутствуют. Имеющиеся рекомендации охватывают весьма широкий диапазон колебания перебега - от 0,2 до 0,5 от высоты круга.

Исходя из сказанного, актуальность поставленной задачи значительна, ее решение позволит повысить эффективность процесса ВШ с 1111.

Цель работы - повышение производительности шлифования и обеспечение требуемых геометрических параметров поверхностного слоя глубоких отверстий путем управления перебегом и формой круга при учете теплонапряженности процесса.

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:

• Сделан анализ особенностей силовой и тепловой напряженности процесса в зонах реверсирования продольной подачи.

• Разработаны математические модели по определению величины перебега круга при различных условиях его нагружения и теплонапряженности процесса.

• Исследовано влияние жесткости технологической системы на положение круга в пространстве. Установлена зависимость между величиной натяга в ТС и формой круга.

• Установлена связь между натягом и углом поворота торца круга при отжатии его от заготовки.

• Исследовалась правка кругов при невысокой жесткости ТС.

• Выявлена специфика выбора циклов обработки конусообразными кругами при ВШ с ПЛ.

Объектом исследования является технология обработки глубоких отверстий. Используемые при этом инструменты используются не эффективно.

Во многом решена проблема шлифования глубоких отверстий. Последующая обработка вызывает затруднение. В первую очередь это касается чистовых операций. Применение разверток ограничивается их стоимостью и не высокой стойкостью. Их используют чаще всего в серийном, крупносерийном и массовом производстве. Кроме того они не обеспечивают точность взаимного расположения поверхностей деталей. Протягивание также имеет ограниченную область применения, поэтому при чистовой обработке чаще используют шлифование, раскатку, хонингование. Хонингование и раскатка не обеспечивает точность взаимного расположения поверхностей, т.к. не в состоянии исправить погрешности расположения поверхностей на предыдущих операциях. Расточка глубоких отверстий и хонингование не обеспечивают высокой производительности из-за малой жесткости ТС инструмента. Кроме того, расточка не обеспечивает малой шероховатости. В связи с этим до сих пор отверстия шлифуются. Процесс шлифования связан с такими параметрами, как жесткость, точность, качество поверхностного слоя, т.е. он охватывает широкую область науки технология машиностроение. Предмет исследования - методы достижения высокопроизводительного процесса при изготовлении глубоких отверстий.

Большой вклад в повышение эффективности процесса внутреннего

шлифования отмечен в исследованиях Б.С. Балакшина, А.М.Дальского, Ю.И.

Иванова, Г.Б.Лурье, И.П.Никифорова, В.Н.Подураева, В.А.Прилуцкого,

С.И.Рубинчика, Д.Л.Скуратова, В.Н.Трусова, Ф.П.Урывского, Л.В.Худобина,

В.А.Челецкого, В.Д.Эльянова, П.И.Ящерицына и других. В большинстве работ,

посвященных точности выделяется роль управления перебегом круга за края

отверстия, как одну из главных для повышения производительности процесса

при обеспечении требуемой цилиндричности. Даются рекомендации по

управлению процессом для исключения тепловых дефектов и царапин на

обработанной поверхности, а также увеличения площади контакта круга с

7

заготовкой. Для повышения эффективности процесса при наличии значительных отжатий круга при работе рекомендуется применять сферообразный круг или при работе изменять положение оси шпинделя круга по мере увеличения отжатия. Первый из этих методов (авторы Ю.С.Степанов и Б.И.Афонасьев) дает некоторый эффект по увеличению производительности и уменьшению шероховатости, однако предполагает нецелесообразное расходование абразива и большую трудоемкость правки. Второй метод (авторы И.П.Никифоров и др.) весьма перспективен в условиях крупносерийного и массового производства. Кроме того, наличие в ТС активных магнитных подшипников усложняет обслуживание станка. Развиваются направления по скоростному шлифованию, шлифованию прерывистыми и комбинированными кругами, шлифованию разжимающимися (раздвигающимися) брусками и др. С целью активации процесса и повышения точности отверстий в условиях пониженной жесткости ТС рекомендуется применять шлифовальные головки переменной изгибной жесткости (И.П.Никифоров и др.), оптимизацию режимов резания (Д.В.Челядинов и др.), импрегнирование кругов (Е.А.Шевелева и др.). Все эти направления имеют свои преимущества и оптимальные области применения.

При определении перебега заслуживают внимания исследования

С.А.Багирова, К.Г.Сафронова, П.И.Ящерицына. Теоретические исследования,

посвященные определению величины перебега с учетом теплонапряженности

процесса и условий нагружения круга по каждому краю отверстия, отсутствуют.

Рекомендуются новые СОЖ и методы подачи их в зону обработки при

шлифовании глубоких отверстий. Среди них следует выделить работы,

выполненные под руководством Л.В.Худобина. Предлагаются мероприятия для

уменьшения припусков и допусков для ВШ с ПП на операциях

предшествующих окончательным. Всеми исследователями подчеркивается

необходимость дальнейшего совершенствования процесса. Предлагаемые нами

8

разработки универсальны и доступны - не предполагают значительных капитальных вложений. Кроме того они дополняют многие развиваемые направления.

Теоретические исследования выполнены с использованием научных положений технологии машиностроения, сопротивления материалов, теплофизики резания, статистики и теории вероятности. Обработка результатов осуществлена с помощью программных пакетов MathCAD и Microsoft Excel. Экспериментальные исследования выполнены на модернизированном оборудовании с использованием аттестованных приборов и средств измерения.

В качестве информационных источников диссертации использованы научные источники в виде данных и сведений из книг, журнальных статей, материалов научных конференций, семинаров и нормативные документы (стандарты), а также результаты собственных расчетов и проведенных экспериментов.

В работе впервые разработаны математические модели по расчету величины перебега круга за края отверстия при различных условиях его нагружения и тепловой ситуации в зоне обработки. Установлено различие условий нагружения круга по сторонам отверстия в зонах реверсирования. Физико-математическая зависимость по определению вероятности снятия металла абразивными зернами, учитывающая прочностные свойства материала в процессе его шлифования и степень потери кругом работоспособности. Определен диапазон колебаний угла поворота торца круга, в пределах которого в шлифовании участвует вся рабочая поверхность круга.

Личный вклад автора составляют разработки математические модели по определению величины перебега круга с учетом разной теплонапряженности процесса по краям отверстия, вызванную неравномерным перераспределением нагрузки при реверсировании продольной подачи; физико-математическая

зависимость по определению вероятности снятия металла; выбор циклов обработки для шлифования кругами конусообразной формы.

Результаты работы внедрены в ряде предприятий г. Чебоксары и на предприятии г. Уфа ОАО «ЦАРЗ №487», ориентированные на выпуск продукции транспортной техники, приборостроения и в ремонтном производстве. Установлена взаимосвязь условий нагружения ТС и теплонапряженности процесса на производительность и геометрическую точность обрабатываемых поверхностей при шлифовании кругами конусообразной формы. Приведены расчетные зависимости по определению величины перебега круга. Методика правки конусообразных кругов при нежесткой ТС. Рекомендации по выбору цикла работы, обеспечивающего эффективное использование кругов конусообразной формы.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математические модели по расчету величины перебега круга при различных условиях нагружения круга.

2. Различие условий нагружения круга в зонах реверсирования.

3. Определение диапазона колебаний угла поворота торца круга при отжатии его от заготовки, в пределах которого в шлифовании участвует вся рабочая поверхность круга.

4. Экспериментальные исследования по определению жесткости ТС, а также зависимости между углом поворота торца круга и натягом в ТС круга.

5. Методика правки конусообразных кругов при нежесткой ТС.

6. Рекомендации по выбору цикла работы, обеспечивающего эффективное использование кругов конусообразной формы.

7. Научно-обоснованные рекомендации по внедрению результатов исследований в производство.

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ ПУТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕБЕГОМ И ФОРМОЙ КРУГА ПРИ УЧЕТЕ ТЕПЛОНАПРЯЖЕННОСТИ ПРОЦЕССА

(литературный обзор)

1.1 Роль и место процесса внутреннего шлифования с продольной подачей глубоких отверстий в современном производстве

Под глубокими отверстиями при внутреннем шлифовании с продольной подачей (ВШ с ПП) будем понимать отверстия при соотношении длины к диаметру ЬЛ)>5 и относительно глубоких - при шлифовании с просветом т > О, где т - просвет (расстояние между крайними положениями круга).

К отверстиями предъявляются повышенные требования, как к размерной точности (особенно для сопряженных деталей, работающих под высоким давлением), так и к точности геометрической формы в продольном и поперечном сечениях:

- точность диаметральных размеров - 5+6 квалитет;

- отклонение от круглости и отклонение профиля продольного сечения по 5~7 степени точности;

- низкая шероховатость поверхности (7?а~0,06-^2,5);

- высокая твердость поверхностного слоя (НЫС 48^60);

- отсутствие прижогов, шлифовочных трещин, абразивных царапин и других дефектов, минимальные остаточные напряжения и др.

ВШ с ПП является трудоемким процессом. Связано это, прежде всего, с недостаточной жесткостью технологической системы (ТС). Высокая трудоемкость связана с большим количеством последовательных операций.

Шлифовальные операции конкурентоспособна в технологическом процессе обработки и часто является окончательной.

В условиях ВШ с 1111 процесс характеризуется низкой производительностью, повышенным расходом абразива и т.д., которые понижают эффективность процесса и увеличивают себестоимость деталей.

При формообразовании глубоких и относительно глубоких отверстий небольших диаметров в таких деталях как зубчатых колес, гильз, поршней, втулок, фланцев, корпусов дифференциалов, блоков цилиндров и др. целесообразно применение ВШ с 1111, т.к. расточка с помощью длинных нежестких оправок не обеспечивает требования по качеству поверхно�