автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности шлифования путем совершенствования структуры инструмента с учетом результатов стохастического моделирования

На правах рукописи

МИРОСЕДИ Александр Ильич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ИНСТРУМЕНТА С УЧЕТОМ РЕЗУЛЬТАТОВ СТОХАСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 05 03 01 - Технологии и оборудование механической и

физико-технической обработки

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саратов 2007

003166239

Работа выполнена на кафедре «Технологии обработки и производства материалов» Волжского института строительства и технологий (филиале) ГОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Шумячер Вячеслав Михайлович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Аникин Анатолий Афанасиевич

кандидат технических наук, доцент Виноградов Михаил Владимирович

Ведущая организация ОАО «ВНИИТМАШ», г Волгоград

Защита состоится 8 ноября 2007 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212 242 02 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет)) по адресу 410054, i Саратов, ул Политехническая, 77, ауд 319

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Автореферат разослан S октября 2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета

А А Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Шлифование является одним из самых технологичных способов механического удаления припуска, обеспечивающим высокую производительность и качество обработки Вопросам повышения эффективности и качества шлифования посвящены работы таких ученых как А В Королев, Е Н Маслов, А К Байкалов, Ю К Новоселов, С Н Корчак, В И Островский, П И Ящерицын, Д Б Ваксер, Л В Худобин и др

Следует отметить, что значительное влияние на эффективность шлифования оказывает непосредственно сам абразивный инструмент, а точнее его физико-механические и структурно-геометрические параметры, такие как твердость, зернистость, пористость, неуравновешенность, равномерность распределения зерен и пор черепка инструмента, микрогеометрия рабочей поверхности При этом указанные параметры взаимосвязаны С увеличением пористости инструмента снижаются твердость и равномерность распределения зерен и пор, увеличивается неуравновешенность Достижение оптимального сочетания данных свойств крайне ограниченно в силу несовершенства существующей технологии производства абразивного инструмента

Одним из путей повышения эффективности шлифования является применение наполнителей определенного гранулометрического состава с целью получения абразивного инструмента с необходимым сочетанием характеристик. В настоящее время отечественными и зарубежными учеными накоплен обширный теоретический и экспериментальный материал по использованию различных видов наполнителей в производстве абразивного инструмента Однако существующие разработки, как правило, направлены либо на создание высокой пористости, либо на получение высокой твердости, т е обе ключевые характеристики абразивного инструмента являются взаимоисключающими Представляется целесообразным применение наполнителей, которые позволят получать абразивный инструмент с высокой пористостью без снижения его твердости

Цель работы. Повышение эффективности шлифования путем совершенствования структуры абразивного инструмента за счет применения наполнителей с заданными структурно-механическими свойствами, с размерами и формой, определяемыми на основе стохастического моделирования структуры

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием научных основ технологии машиностроения, технологии производства абразивного инструмента, математического аппарата теории вероятности и математической статистики Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях При разработке программного обеспечения применены методы структурного и объектно-ориентированного программирования Научная новизна:

- разработана концептуальная модель строения абразивного инструмента, рассматриваемого как стохастическая структура, состоящая из неравных тетраэдров с абразивными зернами в их вершинах,

- разработана стохастическая модель для определения геометрических параметров пор черепка инструмента с учетом распределений геометрических характеристик абразивных зерен, а также произвольной ориентации зерен в черепке инструмента, с последующим использованием результатов для выбора зернистости наполнителя,

- разработаны технологические принципы создания абразивного инструмента с модифицированной структурой, определены качественные и количественные характеристики наполнителя, используемого при произвол- 44 стве инструмента, ^

- получена экспериментально-аналитическая модель динамики удельных энергозатрат при обработке абразивным инструментом с модифицированной структурой, позволяющая проанализировать динамику снижения работоспособности инструмента

Практическая ценность и реализация результатов работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований абразивный инструмент с модифицированной структурой внедрен в производство на ОАО «Волжский подшипниковый завод» (г Волжский) и ООО НПКО «МашТехСервис» (г Волжский) Отдельные научные положения работы, результаты экспериментальных исследований и приборное обеспечение внедрены и используются в учебном процессе ВИСТех при подготовке инженеров по специальности «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия»

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных и межрегиональных конференциях «Шлифабразив» (Волжский, 2000-2007 гг) и «Взаимодействие научно-исследовательских подразделений промышленных предприятий и ВУЗов по повышению эффективности управления и производства» (Волгоград, 2005 г) Работа в полном объеме была представлена на расширенных заседаниях кафедр «Технологии обработки и производства материалов» (Волжский институт строительства и технологий, 2007 г ) и «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении» (Саратовский государственный технический университет, 2007 г )

Публикации. Основные научные результаты диссертации отражены в 8 публикациях, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы (98 наименований) и приложения Объем диссертации 151 страница машинописного текста, содержит 43 рисунка, 17 таблиц и 3 приложения Автор защищает:

- теоретические предпосылки создания абразивного инструмента с модифицированной структурой,

- концептуальную модель строения абразивного инструмента,

- стохастическую модель пористою черепка абразивного инструмента,

- технологические принципы создания абразивного инструмента с модифицированной структурой,

- результаты экспериментальной проверки эффективности шлифования абразивным инструментом с модифицированной структурой,

- результаты опытно-промышленных испытаний абразивного инструмента, изготовленного по предлагаемым принципам,

- внедрение результатов исследования в промышленное производство

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы исследования, сформулированы цель, научная новизна, а также научные положения, выносимые на защиту

Первая глава посвящена анализу путей повышения эффективности шлифования Выделено направление повышения эффективности шлифования материалов за счет использования наполнителей Проведен анализ отечественных и зарубежных работ по применению наполнителей при производстве абразивного инструмента Дана классификация видов наполнителей по следующим 1руппам выгорающие при термообработке инструмента, испаряющиеся при термообработке, плавящиеся при термообработке, вспенивающиеся при термообработке,

вымываемые смазочно-охлаждающей жидкостью, с низкой механической прочностью, выплавляющиеся в процессе работы инструмента, с высокой собственной пористостью (полые частицы), с высокой механической прочностью

Несмотря на множество существующих разработок, на базе которых можно создать технологические процессы изготовления абразивного инструмента, на практике реально внедрены в промышленность только технологии, использующие выгорающие наполнители, применяемые недостаточно широко из-за того, что позволяют получать только крупнопористые круги, не вполне отвечающие идеальному строению их структуры, и характеризуются низкой экологической чистотой Кроме того, разработки, как правило, направлены либо на создание высокой пористости, либо на получение высокой твердости, т е обе ключевые характеристики абразивного инструмента получаются взаимоисключающими

На основании выделенных положений для достижения цели, поставленной в работе, сформулированы следующие задачи

- разработать научно обоснованный подход к совершенствованию структуры абразивного инструмента,

- создать модель абразивного инструмента, описывающую его структурное строение, с использованием стохастической модели,

- разработать технологические принципы производства абразивного инструмента с модифицированной структурой,

- исследовать эффективность обработки абразивным инструментом с модифицированной структурой,

- оптимизировать рецептуру абразивного инструмента на основании результатов испытаний,

- внедрить результаты исследований в промышленное производство Вторая глава посвящена разработке технологических принципов создания абразивного инструмента с модифицированной структурой

При производстве абразивного инструмента в настоящее время принята технология, обладающая рядом недостатков

- с увеличением номера структуры абразивного инструмента его твердость значительно падает,

- с увеличением номера структуры уменьшается равномерность распределения зерен и пор по объему черепка инструмента,

- с ростом неравномерности распределения зерен значительно увеличивается дисбаланс абразивных кругов, что, во-первых, делает невозможной их эксплуатацию на высоких скоростях, а во-вторых, снижает качество обрабатываемой поверхности

Эти недостатки являются следствием неравномерности распределения абразивного зерна в черепке инструмента На практике возможны ситуации, когда в процессе прессования зерна будут собираться в конгломераты (рис 1а), характеризующиеся высокой твердостью и минимальным объемом порового пространства внутри конгломерата С другой стороны, появление конгломератов в инструменте влечет за собой появление обратного дефекта — образование пустот (рис 16) При этом в области появления пустот будет наблюдаться значительное снижение твердости черепка

Избежать появления рассмотренных дефектов можно путем введения в абразивную смесь частиц наполнителя В таком случае зерна основной фракции будут опираться на частицы наполнителя (рис 2)

В работе предложено использовать в качестве наполнителя абразивное зерно того же материала, что и зерна основной фракции, но меньшего размера

Зерно

Связка

ш

а)

Пора 3epi

Рис. 1. Примеры дефектных структур абразивного инструмента с образованием конгломератов (а) и пустот (б)

Связка —

Рис. 2. Структура абразивного инструмента с применением наполнителя Эффект применения такого наполнителя заключается в том, что зерна более мелкой фракции, находясь внутри черепка инструмента, выполняют роль упорядочивающих и армирующих частиц, а при выходе на поверхность абразивного инструмента выкрашиваются с образованием поверхностной поры. Абразивный инструмент, созданный по предложенному принципу, будет обладать более высокой твердостью и большей однородностью структуры по сравнению с инструментом, изготовленным по существующей технологии. При этом свойства рабочей поверхности инструмента будут эквивалентны традиционному инструменту.

На основе рассмотрения вопроса о силах удержания абразивных зерен связкой инструмента теоретически доказана состоятельность данной гипотезы. Чтобы в процессе работы абразивного инструмента выкрашивались в первую очередь мелкие зерна, должно выполняться следующее условие:

Рудм. <<; Рудж. , (1)

где Рудм — сила удержания связкой мелкого зерна; Рудж. - сила удержания связкой крупного зерна.

Аналитические модели прочности удержания связкой были созданы такими учеными как A.B. Королев, Ю.К. Новоселов, Б.П. Кудряшов, В.И. Курдюков и др. Анализ моделей показал, что прочность удержания зерен связкой прямо пропорциональна квадрату размера зерна d3. Это означает, что при всех прочих равных условиях, для зерен, отличающихся размерами в 2,5-3 раза, получается 6-9-кратное различие сил удержания зерна связкой:

Рудм _ f\d2u3) Руд.к i )

где

--0,16+0,111,

(2)

¿м.з. - размер зерен мелкой фракции; - размер зерен крупной фракции. Следует отметить, что рассмотренные математические модели расчета силы удержания зерна выводились на основе геометрических моделей, в которых размеры зерен принимались равными друг другу. Таким образом, расчет силы удержания зерен для абразивного инструмента, содержащего смесь значительно различающихся фракций, с их использованием не вполне корректен.

Вопрос соотношения сил удержания зерен абразивного инструмента связкой можно рассматривать также с позиции анализа структуры абразивного инст-

румента. Для этого необходимо принять концептуальную модель строения абразивного инструмента.

В исследовании рассмотрена структура абразивного инструмента как массив неправильных тетраэдров, в вершинах которых располагались абразивные зерна (рис. 3). Такое строение можно обосновать тем, что при прессовании абразивной массы на стадии производства инструмента зерна стремятся образовывать наиболее устойчивые геометрические структуры.

Зерна наполнителя при этом располагаются в поровом пространстве между зернами основной фракции. Следовательно, каждое зерно наполнителя образовывает мостики связки только с четырьмя зернами основной фракции. Зерна основной фракции содержат связи как между собой, так и с зернами наполнителя. При этом, исходя из концептуальной модели, каждое зерно основной фракции образовывает NK мостиков связки с близлежащими крупными зернами и 2-(NK— 2) мостиков с зернами наполнителя, где NK - координационное число.

Согласно исследованиям В.И. Курдюкова для абразивного инструмента 6-8 структуры среднее координационное число зерен не превышает семи. Следовательно, для среднеструктурного абразивного инструмента получается 7 мостиков связки с зернами основной фракции и 10 мостиков связки с зернами наполнителя.

Следует учесть тот факт, что площадь поперечного сечения мостиков связки, образуемых между парами зерен крупное-крупное и крупное-мелкое, значительно различается. Площадь поперечного сечения мостиков связки пропорциональна квадрату диаметра зерна. Следовательно, и прочность мостиков связки пропорциональна квадрату диаметра зерна. Так как силы удержания зерна связкой пропорциональны числу мостиков связки и их прочности, то соотношение сил удержания зерен основной фракции и зерен наполнителя имеет вид:

Рудм _ 4аи q-J

руд.к 7сгк + 10аи'

где <тм - прочность мостиков связки, образуемых парой зерен крупное-мелкое; <ук - прочность мостиков связки образуемых парой крупное-крупное.

С учетом разнипы размеров в 2,5-3 раза получены силы удержания зерна, отличающиеся в 14—18 раз:

= 0,074 + 0,055. (4)

Руд.к

Можно утверждать, что за счет разницы размеров зерен основной и дополнительной фракций достигается достаточная разность сил удержания зерен для того, чтобы более мелкие зерна выкрашивались при выходе на поверхность абразивного инструмента.

Переходя к вопросам выбора количества и размера зерен наполнителя, вводимого в абразивную смесь при изготовлении инструмента, необходимо знать геометрические характеристики пространства, образуемые зернами основной фракции Для решения этой задачи в работе создана стохастическая модель пористого черепка абразивного инструмента

В модели приняты следующие допущения

- форма зерен в виде эллипсоидов,

- положение зерен в пространстве определяется приближенно с заданной точностью,

- каждое зерно описывается набором точек, лежащих около поверхности эллипсоида,

- геометрические параметры абразивного зерна (длина 1, ширина Ь и высота 10 принимаются нормально распределенными,

- минимальные расстояния между соседними зернами принимаются равными между собой

Построение модели осуществляется в несколько этапов На первом этапе задаются начальные параметры модели номер структуры «базового» инструмента, т е. инструмента, относительно которого проводятся расчеты, количество точек, описывающих поверхность моделируемых зерен, характеристики распределений геометрических параметров зерна

Второй этап включает расчет длины мостиков связки и определение геометрических параметров абразивных зерен Поскольку геометрические параметры длина /, ширина Ь и высота А являются случайными величинами с нормальным законом распределения и известными характеристиками распределения, то их расчет ведется по формуле

НЕ« ~

и+а.

(5)

где

х - случайная величина с нормальным законом распределения, £ - случайная величина, равномерно распределенная на интервале [0,1], п - количество равномерно распределенных случайных величин (в нашем случае п = 12), их — среднее хвадратическое отклонение случайной величины х, ах~ математическое ожидание случайной величины х Длина мостиков связки определяется по выражению

К. =фсР + Ьср +

56

62 — 2С„

(6)

где 1ср, Ъср и Ис„ - средние значения длины, ширины и высоты зерен основной фракции, Су - номер базовой структуры инструмента На третьем этапе создаются непосредственно модели зерен и произвольно ориентируются в пространстве Создание зерен производится путем создания матриц, содержащих координаты точек, лежащих около поверхностей эллипсоидов с полуосями х, у и г Каждая матрица состоит из трех столбцов и имеет следующую структуру

м,„ Ми Ми

хо Уо г»

X! V/ 2,

Х2 У2 гг

X, Уп 2/1

В первом столбце содержатся координаты точек по оси X, во втором по оси У и в третьем по оси 2 В первой строке содержатся координаты центра эллипсоида (х0, у о, 2д) Координаты точек определяются по следующему принципу

генерируются три случайных числа, принадлежащих интервалам хх е [-х; х], УУ е [~У1У]> 22 е затем проверяется соответствие системе двух неравенств:

Если числа соответствуют условию, т.е. являются координатами точки, лежащей около поверхности эллипсоида, то они записываются в матрицу координат, иначе генерируется следующая тройка случайных чисел. Графическое представление модели единичного зерна представлено на рис. 4.

Количество точек п описывающих поверхность эллипсоида, выбирается из принципа: усредненные значения минимальных расстояний между точками на поверхности не должны превышать длину мостиков связки 1св. Увеличение числа точек повышает точность расчета, но одновременно значительно увеличивает время полного расчета модели. Для моделирования, например, зернистости №40 использование более 300 точек на зерно нецелесообразно, так как увеличение п не приводит к изменению выходных данных модели.

Случайная ориентация зерен в пространстве производится путем умножения матриц координат зерен на матрицы преобразования (вращения) систем координат. Углы вращения а,/3тлу- случайные числа, равномерно распределенные на интервале [0; 2ж].

Четвертый этап моделирования состоит в определении геометрического положения моделей зерен в пространстве путем последовательного их приближения. За основу берется зерно «1», центр которого располагается в начале координат. Остальные зерна сдвигаются вдоль осей (зерно «2» вдоль оси X, «3» - У и «4» - 2) на расстояния, заведомо превышающие длину мостиков связки. Следующим шагом зерно «2» приближается к зерну «1». Приближение ведется вдоль оси X с шагом 1 мкм до тех пор, пока кратчайшее расстояние между зернами достигнет 1св. Приближение зерна «3» к зернам «1» и «2» ведется в плоскости ХУ по следующему принципу. Вычисляются расстояния от зерна «3» до зерен «1» и «2» и выбирается наибольшее. Затем производится сдвиг зерна «3» на 1 мкм в направлении наиболее удаленного зерна. Сдвиг производится вдоль прямой, на которой лежат центры эллипсоидов выбранной пары зерен. Однако возможны случаи, когда в процессе приближения зерно «3», не достигнув наиболее удаленного, уже может оказаться в зоне ближнего зерна. Для исключения таких ситуаций предусмотрена проверка: если расстояние от зерна «3» до дальнего зерна все еще превышает 1св, а расстояние до ближайшего меньше 1св, то в таком случае зерно «3» удаляется от ближайшего на 1 мкм вдоль прямой, на которой лежат центры данных эллипсоидов. Таким образом, циклический сдвиг продолжается до тех пор, пока округленные до целых значения расстояний меж-

(7)

Рис. 4. Модель единичного зерна (я = 400)

ду зернами не будут равны округленному значению 1се. Принцип приближения зерна «4» аналогичен таковому для зерна «3», но ведется не в плоскости, а по всему объему.

На пятом этапе определяются координаты точки, равноудаленной от всех четырех зерен. Изначально выбирается произвольная точка Т в пространстве (в нашем случае используется начало координат). Затем точка циклически перемещается с шагом 1 мкм в сторону центра наиболее удаленного зерна на каждом этапе цикла. Перемещение продолжается до тех пор, пока расстояния (округленные до целых) от точки до зерен не будут равны между собой. Диаметр вписанной между зернами сферы рассчитывается как удвоенное среднее арифметическое расстояний от точки Г до всех четырех зерен.

Для наглядного представления и проверки корректности расчета можно средствами системы MathCAD производить визуализацию модели. Пример визуализации модели приведен на рис. 5.

Результатом вычисления предлагаемой модели является диаметр сферы, вписанной между четырьмя зернами. При этом его значение является случайной величиной. Для определения закона распределения данной случайной величины необходимо многократно повторить вычисления.

Переходя к вопросу о практическом создании абразивного инструмента с модифицированной структурой, следует учитывать тот факт, что и геометрические параметры пор черепка, и геометрические параметры абразивного зерна являются случайными величинами. Поэтому при выборе зернистости наполнителя следует исходить из следующего принципа: зерна наполнителя должны свободно размещаться в порах черепка, не раздвигая зерна основной фракции.

Следует также учитывать, что предложенная модель позволяет рассчитать распределение диаметров вписанных сфер, а форма реальных зерен значительно отличается от сферической. В данной ситуации предлагается сопоставлять кривые распределения диаметра вписанной сферы с кривыми распределения диаметра сферы, объемом эквивалентной объему эллиптических зерен. В дальнейшем предложено называть такой диаметр «эквивалентным» диаметром зерна.

В качестве примера для практической реализации предлагаемых принципов создания абразивного инструмента был выбран широко распространенный инструмент структуры 7 из электрокорунда белого фракции №40 на керамическом связующем.

С учетом указанных начальных данных проведено 500 расчетов модели пористого черепка абразивного инструмента. В результате получено распределение диаметра вписанной сферы, обладающее следующими параметрами:

- математическое ожидание аа = 159,2;

- среднеквадратическое отклонение ао = 22,1.

3epi

Рис. 5. Визуализация рассчитанной модели пористого черепка абразивного инструмента

В качестве наполнителя следует использовать зерна зернистостью, максимум распределения эквивалентного диаметра которой наиболее близок к максимуму распределения диаметра вписанной сферы, но не превышает ее (рис. б).

« 0.Ш

й к

11

Й 8

§ е- hoi

с §

а.

о

О 50 100 l.W 21Ю 250

Диаметр, мкм

Рис. 6. Кривые распределения диаметров вписанных между зерен сфер (D) и эквивалентных диаметров зерен фракций 12-Н (di2), 16-Н (diб) и 20-Н (d20)

По графикам распределения можно сделать вывод об использовании в качестве зерен наполнителя для рассматриваемого абразивного инструмента электрокорунд белый зернистости №16, поскольку при использовании зернистости №20 с очень высокой вероятностью будут возникать события, когда зерна наполнителя будут разупорядочивать зерна основной фракции.

Для определения рецептурного состава абразивного инструмента по предлагаемому принципу необходимо рассчитать соотношение массовых долей зерен основной фракции и зерен наполнителя. При этом необходимо исходить из концептуальной модели структурного строения абразивного инструмента. Таким образом, количество пор принимается равным числу зерен основной фракции, поскольку присоединение одного зерна к любым трем соприкасающимся зернам будет всегда приводить к образованию нового тетраэдра, т.е. поры.

Для определения соотношения массовых долей использовались выражения, выведенные Й.В. Лавровым, для определения числа зерен электрокорунда и карбида кремния в 1 г. В результате соотношение получило вид

^ = (8) »>. аьаь.

где т0 - массовая доля зерен основной фракции; т„ — массовая доля зерен наполнителя; а,а и аЬо - математические ожидания длины и ширины зерен основной фракции; а,„ и аь„ - математические ожидания длины и ширины зерен наполнителя.

Для рассматриваемого в качестве примера инструмента тн/ т0 = 0,06. Это означает, что при производстве абразивного инструмента в смесь, приготовленную для изготовления по существующей технологии, необходимо ввести 6% зерен электрокорунда зернистости 16-Н.

На основании изложенного во второй главе технологические принципы создания абразивного инструмента с модифицированной структурой были сформулировны следующим образом:

1. За основу принимается существующая технология, но с введением на стадии смешивания наполнителя.

2. В качестве наполнителя используется тот же материал, что и зерна основной фракции.

3. Размер зерен наполнителя выбирается путем сопоставления кривой распределения диаметров вписанных сфер с кривыми распределения эквивалентных диаметров зерна.

4. Количественное соотношение зерен основной фракции и зерен наполнителя принимается 1/1. Соотношение массовых долей определяется по выражению (8).

В третьей главе приводятся результаты испытаний абразивного инструмента с модифицированной структурой

В испытаниях использовался абразивный инструмент, созданный по существующей технологии, и инструмент, изготовленный с использованием разработанных технологических принципов В качестве материала основной фракции использовался электрокорунд белый марки 25А зернистостью 40-Н Связка керамическая марки К5С Структура инструмента №7 Твердость инструмента СМ2 Размеры кругов 150x32x16 Круги по предлагаемым принципам изготавливались из тех же материалов, но с добавлением наполнителя - электрокорунда белого марки 25 А зернистостью 16-Н в количестве 6% от массы зерен основной фракции Кроме того, для экспериментальной проверки гипотезы о количестве наполнителя были изготовлены круги с добавлением электрокорунда белого марки 25А зернистостью 16-Н в количестве 3, 4,5, 7,5 и 9% от массы зерен основной фракции Рецептура кругов представлена в таблице

Рецептура экспериментальных кругов

Компоненты Массовые доли компонентов

Зерно основной фракции 25А40 100 100 100 100 100 100

Зерно наполнителя 25А16 0 3 4,5 6 7,5 9

Связка К5С 9 9 9 9 9 9

Жидкое стекло 4 4 4 4 4 4

Декстрин 2 2 2 2 2 2

Результаты измерений твердости абразивного инструмента пескоструйным методом показали, что введение 6% наполнителя увеличивает твердость абразивного инструмента по сравнению с изготовленным по существующей технологии с СМ2 до СТ1 и снижает неравномерность твердости на 57%

Измерения пористости абразивного инструмента методом газопроницаемости проводились в сопоставлении экспериментального инструмента с эталонными заводскими кругами твердостью СМ2 и СТ2 Результаты измерений показали близкие показания прибора для эталонного круга твердостью СМ2 и кругов по предлагаемой технологии с добавлением не более 6% наполнителя При этом реальная пористость кругов с добавлением наполнителя значительно ниже Это объясняется тем, что при измерении по данной методике потоки воздуха выходят в основном через поры на рабочей поверхности абразивного инструмента, что подтверждает гипотезу об эквивалентности характеристик поверхностей абразивного инструмента, изготовленного по существующей и предлагаемой технологиям

Оценка эффективности обработки абразивным инструментом проводилась на экспериментальной установке МА-1, сконструированной и созданной на базе ООО НПКО «МашТехСервис» Для испытаний использовались образцы из сталей 40Х и ШХ15 Образцы закалялись до твердости НЯС 45 и Н11С 55 соответственно В качестве смазочно-охлаждающей жидкости использовался 5% раствор кальцинированной соды В процессе эксперимента измерялись показатели расхода электроэнергии и съема металла Особенность эксперимента заключалась в том, что измерения производились в течение каждого испытания с интервалами в 30 с, что позволило получить аналитические зависимости динамики потребляемой мощности Р(г) и объема снятого металла У(0 По результатам экспериментов была получена экспериментально-аналитическая модель динамики удельных энергозатрат при шлифовании, рассчитываемая по выражению

Графики полученных зависимостей показаны на рис 7

180

Время, с

—--25Л40СМ2К5С

- 25А40СШК5С I 3%25Д1(>

25А40СМ2К5С И,5%25А]6

60 90 120

Время, С

' 23Л40СМ2К5С + 6% 25Л16 1ЧА40СМ2К5С1- 7.5% 25А16 25А40СМ2К5С I 9%25А|6

б)

Рис. 7. Динамика показателя удельного расхода энергии при шлифовании стали 40Х (а) и ШХ15(6) (Вт-с/мм3)

По динамике энергетических показателей можно сделать вывод о том, что на снятие 1 мм3 обрабатываемого металла при использовании абразивных кругов, изготовленных по предлагаемым принципам с добавлением 6% зерен наполнителя, расходуется наименьшее количество энергии. Кривые показателей дм инструмента с 4,5% и 7,5% наполнителя проходят достаточно близко к кривой для инструмента с 6% наполнителя. Кривая энергетических показателей для инструмента с 9% наполнителя имеет скорость подъема значительно большую, чем для остального инструмента, что свидетельствует о более быстром процессе засаливания рабочей поверхности.

Абразивный инструмент, изготовленный по предлагаемым принципам, кроме того, имеет большую режущую способность. При введении 6% наполнителя режущая способность увеличилась на 34% при обработке стали 40Х и на 25% при обработке ШХ15.

Испытания на износ абразивных кругов проводились также на установке МА-1. Для этого каждым кругом шлифовалось по 10 образцов без промежуточной правки. Длина съема на каждом образце фиксировалась на 15 мм. Круги, изготовленные из смеси с добавлением 9% наполнителя, в эксперименте не участвовали, поскольку сильно засаливались и теряли режущую способность, не дойдя до конца испытания. Кроме того, на поверхности образцов наблюдался эффект прижога. Следует также отметить незначительные прижоги на некоторых образцах, шлифованных кругом с 7,5% наполнителя. В целом испытания показали, что линейный износ кругов, изготовленных по предлагаемой технологии с добавлением наполнителя уменьшается. Износ для кругов, изготовленных с добавлением 6% наполнителя, уменьшился в среднем на 43,7% по сравнению с изготовленными по существующей технологии при шлифовании стали 40Х и на 44,2% при шлифовании стали ШХ15.

Анализ качества обработанных образцов на профилометре «АБРИС-ПМ7» не выявил существенной разницы между кругами, изготовленными по существующей и предлагаемой технологиям, что вполне соответствует изначальной предпосылке об идентичности рабочих поверхностей инструмента. Однако в

среднем с увеличением объема зерен наполнителя наблюдается незначительное, в пределах 6%, уменьшение шероховатости обработанной поверхности.

Четвертая глава посвящена практической реализации результатов исследования.

Приведены результаты оптимизации рецептурного состава абразивного инструмента, поскольку результаты испытаний показали, что массовая доля зерен наполнителя оказывает значительное влияние на эксплуатационные показатели. Для оптимизации рецептуры были использованы показатели удельных энергозатрат, т.к. остальные исследованные показатели не имели минимума или максимума в зависимости от изменения массовой долей зерен наполнителя. При. этом в данной ситуации показатель удельного расхода энергии на съем единичного объема металла следует считать как соотношение расхода энергии с момента начала эксперимента до времени Г к объему снятого за это время металла:

\p{z)dz

W

(10)

Поскольку результаты расчетов имели явную асимметрию, сглаживание кривых производилось отрезками полиномов второй степени с помощью функций loess и interр системы MathCAD (рис. 8).

69 к

i 1 \ h \ j 1

\ // //

XLv 1 /У /У

(

Массовая доля зерен наполнителя, %

а)

Массовая доля зерен наполнителя, % б)

—в— Удельный расход энергии по экспериментальным данным —— Аппроксимирующая кривая

--- Максимально допустимый уровень потери эффективности

Рис. 8. Влияние массовой доли зерен наполнителя на удельный расход энергии при шлифовании стали 40Х(а) и ШХ15(б)

Минимумы исследуемых функций находятся в точках 6,16% для стали 40Х и 6,3% для стали ШХ15. Для оценки допустимого интервала массовой доли наполнителя был введен критерий максимального отклонения исследуемого показателя. Было принято максимально допустимое отклонения прироста эффективности по сравнению с абразивным инструментом, изготовленным по существующей технологии, не более 3%. Таким образом, допустимые интервалы массовых долей наполнителя составляют 5,48...6,93% для стали 40Х и 5,59...7,07% для стали ШХ15. Следовательно, при промышленном производстве абразивного инструмента можно рекомендовать добавлять зерна наполнителя в количестве 5,5.. .7% массовых долей.

Полученные практические результаты хорошо согласуются с теоретическими расчетами количественных характеристик зерен наполнителя. Смещение максимума функций в большую сторону от 6% можно объяснить как погрешностями эксперимента, так и небольшим отклонением от ГОСТ зернистости абразивного материала, используемого при производстве опытного инструмента.

На основе полученных результатов исследований разработан и опробован в производственных условиях ООО НПКО «МашТехСервис» абразивный инст-

румент с модифицированной структурой из электрокорунда белого марки 25А Зернистость основной фракции 40-Н, зернистость наполнителя 16-Н Связка керамическая марки К5С Базовая структура №7, базовая твердость СМ2 Наполнитель вводился в абразивную смесь в количестве б% массовых долей Размер абразивного инструмента 600x63x305 мм Партия инструмента в количестве 200 штук была изготовлена по заказу на предприятии ООО «ИНФ» (г Волжский)

Изготовленный абразивный инструмент использовался для чистового шлифования штоков неф1ебуровых насосов (сталь 40Х и 45, закалка HRC 50 55) на круглошлифовальных станках типа 3132 Использование абразивного инструмента с модифицированной структурой позволило повысить производительность обработки на 40% без образования прижогов. Стойкость кругов до правки повысилась на 50% Шероховатость обрабатываемой поверхности снизилась на 1 класс за счет уменьшения неуравновешенности инструмента Кроме того, за счет уменьшения неуравновешенности и неравномерности твердости инструмента уменьшился процент брака по таким дефектам, как огранка, царапины и задиры на обрабатываемых поверхностях деталей

На основании результатов опытно-промышленных испытаний абразивный инструмент с модифицированной структурой внедрен в производство на ОАО «Волжский подшипниковый завод» (г Волжский) и ООО НПКО «МашТехСер-вис» (г Волжский)

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1 Разработан научно обоснованный подход к модифицированию структуры абразивного инструмента путем введения наполнителя из материала основной зернистости, но меньшего размера, обеспечивающий повышение эффективности шлифования

2 Разработана концептуальная модель строения абразивного инструмента, позволившая теоретически обосновать соотношение сил удержания зерен основной фракции и наполнителя

3 Разработана стохастическая модель, описывающая геометрические характеристики пор черепка абразивного инструмента с учетом законов распределения размеров абразивного зерна и произвольной ориентацией зерен в пространстве черепка инструмента

4 Разработаны технологические принципы создания абразивного инструмента с модифицированной структурой Приведен расчет размеров и количества наполнителя для инструмента из электрокорунда белого зернистости №40 с базовыми твердостью СМ2 и структурой 7, который показал необходимость использования 6% наполнителя зернистостью №16

5 Проведены исследования эффективности шлифования абразивным инструментом с модифицированной структурой, показавшие, что экспериментальный абразивный инструмент обладает повышенной режущей способностью, износостойкостью и однородностью как среднетвердый инструмент, сохраняя при этом низкую склонность к засаливанию как среднемягкий инструмент

6. На основании результатов испытаний проведена оптимизация рецептуры, показавшая хорошую согласованность с теоретическими расчетами количественных характеристик зерен наполнителя

7 Проведены опытно-промышленные испытания абразивного инструмента, изготовленного по предлагаемым принципам, и предложены практические рекомендации по внедрению абразивного инструмента с модифицированной структурой в производство на ОАО «Волжский подшипниковый завод» (i Волжский) и ООО НПКО «МашТехСервис» (г Волжский)

По теме диссертации опубликованы следующие работы, раскрывающие ее основное содержание

Публикации в центральных изданиях, включенных в перечень периодических изданий ВАК РФ

1 Мироседи А И Повышение эффективности процесса абразивной обработки путем управления структурными параметрами абразивного инструмента / А И Мироседи, В М Шумячер// Технология машиностроения -2007 -№1 - С 28-32

2 Мироседи А И Повышение эффективности абразивной обработки путем совершенствования структуры инструмента с применением стохастического моделирования / А И Мироседи // Вестник Саратовского государственного технического университета -2007 - №4 - С 63-68

Публикации в других изданиях

3 Мироседи А И Исследование влияния внешней среды на твердость и эксплуатационные показатели абразивного инструмента / С А Крюков, А Ф Крюков, А И Мироседи // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы Шлифабразив - 2000 сб ст Междунар науч -техн конф - Волжский ВИСТех (филиал) ВолгГ АСУ, 2000 -С 197-198

4 Мироседи А И Создание трехмерных моделей поверхности абразивного инструмента / А И Мироседи // VIII Межвузовская научно-практическая конференция молодых ученых и студентов, г Вотжский 20-25 мая 2002 г материалы докладов в 2 ч - 4 2 - Волгоград Йзд-во ВолГУ, 2003 -С 19-20

5 Мироседи А И Модели абразивного инструмента на основе полигонального описания отдельных зерен / А И Мироседи, В М Шумячер // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы Шлифабразив - 2003 сб ст Междунар науч-техн конф - Волжский ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ, 2003 -С 68-69

6 Мироседи А И Создание эффективного абразивного инструмента с высокой «эквивалентной» пористостью / А И Мироседи, В М Шумячер // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы Шлифабразив - 2004 сб ст Междунар науч-техн конф -Волжский ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ, 2004 - С 102-103

7 Мироседи А И Повышение эффективности абразивной обработки путем регулирования структуры абразивного инструмента / А И Мироседи // Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы Шлифабразив - 2005 сб ст Междунар научн-техн конф - Волжский ВИСТех (филиал) ВошГАСУ, 2005 -С 50-51

8 Мироседи А И Определение геометрических параметров порового пространства абразивного инструмента / А И Мироседи // Взаимодействие научно-исследовательских подразделений промышленных предприятий и ВУЗов по повышению эффективности управления и производства сб материалов II межретон науч -практ конф (г Волжский, 2005 г) / ВолГТУ - Волгоград РПК «Политехник», 2005 -С 130-133

МИРОСЕДИ Александр Ильич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СТРУКТУРЫ ИНСТРУМЕНТА С УЧЕТОМ РЕЗУЛЬТАТОВ СТОХАСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Автореферат

Корректор Л А Скворцова

Подписано в печать 04 10 2007 Формат 60x84 1/16

Бум офсет Уел печ л 1,0 Уч -изд л 1,0

Тираж 100 экз Заказ 347 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул , 77 Отпечатано в РИЦ СГТУ 410054, Саратов, Политехническая ул, 77

Введение

1. Анализ путей повышения эффективности шлифования

1.1. Пути повышения эффективности шлифования

1.2. Повышение эффективности шлифования материалов за счет использования наполнителей

1.2. Постановка задач исследования

2. Разработка технологических принципов создания абразивного инструмента с модифицированной структурой

2.1. Теоретические предпосылки создания абразивного инструмента с модифицированной структурой

2.2. Стохастическое моделирование структуры абразивного инструмента

2.2.1. Современные представления о моделировании композиционных материалов

2.2.2. Моделирование пористого черепка абразивного инструмента

2.3. Технологические принципы создания абразивного инструмента с модифицированной структурой

2.4. Выводы

3. Экспериментальная проверка эффективности обработки абразивным инструментом с модифицированной структурой

3 .1. Материалы и оборудование для проведения испытаний

3.2. Измерение твердости абразивного инструмента

3.3. Измерение пористости абразивного инструмента методом газопроницаемости

3.4. Определение удельного расхода энергии на съем единичного объема металла

3.5. Определение линейного износа абразивного инструмента

3.6. Качество обработанной поверхности

3.7. Выводы 126 4. Практическая реализация результатов исследования

4.1. Оптимизация рецептуры абразивного инструмента на основании результатов испытаний

4.2. Опытно-промышленные испытания абразивного инструмента, изготовленного по предлагаемым принципам

Актуальность темы. Шлифование является одним из самых технологичных способов механического удаления припуска, обеспечивающего высокую производительность и качество обработки. Вопросам повышения эффективности и качества шлифования посвящены работы таких ученых как Королев A.B., Маслов E.H., Байкалов А.К., Новоселов Ю.К., Корчак С.Н., Островский В.И., Ящерицын П.И., Ваксер Д.Б., Худобин JI.B. и др.

Следует отметить, что значительное влияние на эффективность шлифования оказывает непосредственно сам абразивный инструмент, а точнее его физико-механические и структурно-геометрические параметры, такие как твердость, зернистость, пористость, неуравновешенность, равномерность распределения зерен и пор черепка инструмента, микрогеометрия рабочей поверхности. При этом указанные параметры взаимосвязаны между собой. С увеличением пористости инструмента снижается твердость и равномерность распределения зерен и пор, увеличивается неуравновешенность. Достижение оптимального сочетания данных свойств крайне ограниченно в силу несовершенства существующей технологии производства абразивного инструмента.

Одним из путей повышения эффективности шлифования является применение наполнителей определенного гранулометрического состава с целью получения абразивного инструмента с необходимым сочетанием характеристик. В настоящее время отечественными и зарубежными учеными накоплен обширный теоретический и экспериментальный материал по использованию различных видов наполнителей в производстве абразивного инструмента. Однако существующие разработки, как правило, направлены либо на создание высокой пористости, либо на получение высокой твердости, т.е. обе ключевых характеристики абразивного инструмента являются взаимоисключающими. Представляется целесообразным применение наполнителей, которые позволят получать абразивный инструмент с высокой пористостью без снижения его твердости.

Цель работы. Повышение эффективности шлифования путем совершенствования структуры абразивного инструмента за счет применения наполнителей с заданными структурно-механическими свойствами с размерами и формой определяемыми на основе стохастического моделирования структуры.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием научных основ технологии машиностроения, технологии производства абразивного инструмента, математического аппарата теории вероятности и математической статистики. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях. При разработке программного обеспечения применены методы структурного и объектно-ориентированного программирования. Научная новизна.

- Разработана концептуальная модель строения абразивного инструмента, рассматриваемого как стохастическая структура, состоящая из неравных тетраэдров с абразивными зернами в их вершинах.

- Разработана стохастическая модель для определения геометрических параметров пор черепка инструмента с учетом распределений геометрических характеристик абразивных зерен, а также произвольной ориентации зерен в черепке инструмента, с последующим использованием результатов для выбора зернистости наполнителя.

- Разработаны технологические принципы создания абразивного инструмента с модифицированной структурой, определены качественные и количественные характеристики наполнителя используемого при производстве инструмента.

- Получена экспериментально-аналитическая модель динамики удельных энергозатрат при обработке абразивным инструментом с модифицированной структурой, позволяющая проанализировать динамику снижения работоспособности инструмента.

Практическая ценность и реализация результатов работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований внедрен в производство абразивный инструмент с модифицированной структурой на ОАО «Волжский подшипниковый завод» (г. Волжский) и ООО НПКО «МашТехСервис» (г. Волжский). Отдельные научные положения работы, результаты экспериментальных исследований и приборное обеспечение внедрены и используются в учебном процессе ВИСТех при подготовке инженеров по специальности «Порошковая металлургия, композиционные материалы, покрытия».

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных и межрегиональных конференциях «Шлифабразив» (Волжский, 2000-2007 гг.) и «Взаимодействие научно-исследовательских подразделений промышленных предприятий и ВУЗов по повышению эффективности управления и производства» (Волгоград, 2005 г.).

Работа в полном объеме была представлена на расширенных заседаниях кафедр «Технологии обработки и производства материалов» (Волжский институт строительства и технологий, 2007 г.) и «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино-и приборостроении» (Саратовский государственный технический университет, 2007 г.).

Публикации. Основные научные результаты диссертации отражены в 8 публикациях, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы (97 наименований) и приложения. Объем диссертации 136 страница машинописного текста, содержит 41 рисунка, 16 таблицы и 3 приложения. Автор защищает:

3.7. Выводы

1. Абразивные круги, изготовленные с использованием наполнителя, обладают более высокой режущей способностью. Инструмент, изготовленный по предлагаемой технологии с введением в абразивную смесь 6%, показал увеличение объема снимаемого металла на 33,9% при шлифовании стали 40Х и на 24,8% при шлифовании стали 1ПХ15 по сравнению с инструментом, изготовленным по существующей технологии.

2. Увеличение массовой доли зерен наполнителя свыше 7,5% приводит к быстрому засаливанию абразивного инструмента и росту показателя удельного расхода энергии.

3. Введение 6% наполнителя в инструмент уменьшает линейный износ по сравнению с абразивным инструментом, изготовленным по существующей технологии, на 44% для стали 40Х и на 40% для ШХ15.

4. Введение 6% наполнителя увеличивает твердость абразивного инструмента по сравнению с абразивным инструментом, изготовленным по существующей технологии, с СМ2 до СТ1 и снижает неравномерность на 57%.

5. Введение зерен наполнителя незначительно сказывается на шероховатости обрабатываемой поверхности.

6. Сравнительный анализ измерений пористости инструмента методом газопроницаемости показал эквивалентность характеристик поверхностей абразивного инструмента, изготовленного по существующей технологии, и инструмента с добавлением менее 7,5% наполнителя.

7. Проведенные исследования эффективности шлифования абразивным инструментом с модифицированной структурой показали, что экспериментальный абразивный инструмент обладает повышенной режущей способностью, износостойкостью и однородностью как средне твердый инструмент, сохраняя при этом низкую склонность к засаливанию как средне мягкий инструмент.

8. Необходимо провести оптимизацию рецептурного состава абразивного инструмента, изготавливаемого по предлагаемым принципам, на основании экспериментальных данных.

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1. Оптимизация рецептуры абразивного инструмента на основании результатов испытаний

Как показали результаты испытаний экспериментального абразивного инструмента, массовая доля зерен наполнителя оказывает значительное влияние на эксплуатационные показатели, поэтому оптимизация рецептуры одна из весьма актуальных задач.

Для оптимизации рецептуры абразивного инструмента с модифицированной структурой были использованы показатели удельного расхода энергии на съем единичного объема металла, т.к. остальные исследованные показатели эффективности обработки не имели минимума или максимума в зависимости от изменения массовой долей зерен наполнителя.

При этом в данной ситуации показатель удельного расхода энергии на съем единичного объема металла следует считать как соотношение расхода энергии с момента начала эксперимента до времени / к объему снятого за это время металла. С учетом того, что суммарная энергия на интервале времени [0; рассчитывается как интегральная функция от мощности шлифования

4.1) о получаем p{z)dz

Подставляя в выражение (4.2) аналитические зависимости (3.2-3.13) и (3.30-3.41), полученные в третьей главе, получаем значения удельного расхода энергии на съем единичного объема металла (таблица 4.1). Временные интервалы соответствуют длительности проведения испытаний: [0,180] для стали 40Х и [0, 210] для стали ШХ15.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Разработан научно-обоснованный подход к совершенствованию структуры абразивного инструмента путем введения наполнителя из материала основной зернистости, но меньшего размера.

2. Для среднеструктурных абразивных кругов силы удержания зерен основной фракции и зерен наполнителя различаются в 14-18 раз при различии размеров зерен в 2,5-3 раза. За счет этого зерна наполнителя будут выкрашиваться при выходе на поверхность инструмента.

3. Разработана стохастическая модель, описывающая геометрические параметры пор черепка инструмента с учетом законов распределения размеров абразивных зерен и их произвольной ориентации в пространстве.

4. Разработаны технологические принципы создания абразивного инструмента с модифицированной структурой:

- за основу принимается существующая технология, но с введением на стадии смешивания наполнителя;

- в качестве наполнителя используется тот же материал, что и зерна основной фракции;

- размер зерен наполнителя выбирается путем сопоставления кривой распределения диаметров вписанных сфер с кривыми распределения эквивалентных диаметров зерна;

- количественное соотношение зерен основной фракции и зерен наполнителя принимается 1/1.

5. Приведен расчет размеров и количества наполнителя для инструмента из электрокорунда белого зернистости №40 с базовыми твердостью СМ2 и структурой 7. Расчет показал необходимость использования 6% наполнителя зернистостью №16.

6. Исследована эффективность обработки опытным абразивным инструментом. В процессе эксперимента получены следующие результаты:

- Абразивные круги, изготовленные с использованием наполнителя, обладают более высокой режущей способностью. Инструмент, изготовленный по предлагаемой технологии с введением в абразивную смесь 6%, показал увеличение объема снимаемого металла на 33,9% при шлифовании стали 40Х и на 24,8% при шлифовании стали ШХ15 по сравнению с инструментом, изготовленным по классической технологии.

- Увеличение массовой доли зерен наполнителя свыше 7,5% приводит к быстрому засаливанию абразивного инструмента и росту показателя удельного расхода энергии.

- Введение 6% наполнителя в инструмент уменьшает линейный износ по сравнению с «классическим» абразивным инструментом на 44% для стали 40Х и на 40% для ШХ15.

- Введение 6% наполнителя увеличивает твердость абразивного инструмента по сравнению с «классическим» с СМ2 до СТ1 и снижает неравномерность на 61%.

- Введение зерен наполнителя незначительно сказывается на шероховатости обрабатываемой поверхности.

- Сравнительный анализ измерений пористости инструмента методом газопроницаемости показал эквивалентность характеристик поверхностей традиционного абразивного инструмента и инструмента с добавлением менее 7,5% наполнителя.

Таким образом, исследования показали, что абразивный инструмент с модифицированной структурой обладает повышенной режущей способностью, износостойкостью и однородностью как средне твердый инструмент, сохраняя при этом низкую склонность к засаливанию как средне мягкий инструмент.

7. Оптимизация рецептуры на основании результатов испытаний показала, что для абразивного инструмента из электрокорунда белого зернистости №40 с базовыми твердостью СМ2 и структурой 7 можно рекомендовать добавлять зерна наполнителя в количестве 5,5% . 7% массовых долей. Это подтверждает правильность теоретических расчетов количественных характеристик зерен наполнителя.

8. Проведены опытно-промышленные испытания абразивного инструмента, изготовленного по предлагаемым принципам. Производительность обработки повысилась на 40% без образования прижогов. Стойкость кругов до правки повысилась на 50%. Шероховатость обрабатываемой поверхности снизилась на 1 класс за счет уменьшения неуравновешенности инструмента. За счет уменьшения неуравновешенности и неравномерности твердости инструмента уменьшился процент брака по таким дефектам, как огранка, царапины и задиры на обрабатываемых поверхностях деталей.

9. Проведены опытно-промышленные испытания абразивного инструмента, изготовленного по предлагаемым принципам, и предложены практические рекомендации по внедрению абразивного инструмента с модифицированной структурой в производство на ОАО «Волжский подшипниковый завод» (г. Волжский) и ООО НПКО «МашТехСервис» (г. Волжский).

1. A.c. 1073082 СССР МКИ B24d 18/0. Шлифовальный круг/Н.П. Третьяков и др. Опубл. в Б.И., 1984.

2. A.c. 1349107 СССР МКИ B24d 18/00. Способ изготовления алмазного инструмента / В.А. Засосов и др. Опубл. в Б.И., 1988.

3. A.c. 1355470 СССР, МКИ B24d 3/06. Масса для изготовления алмазного инструмента / В.И. Курдюков, Б.П. Кудряшов, В.К. Старков. -Опубл. в Б.И., 1987.

4. A.c. 1399106 СССР МКИ B24d 18/00. Способ изготовления пористого абразивного инструмента / Тамбовский институт химического машиностроения; Ю.В. Воробьев, С.М. Опарин, А.И. Гализдров и др. -Опубл. в Б.И., 1988.

5. A.c. 1407779 СССР МКИ B24d 3/34. Способ изготовления высокопористого абразивного инструмента / Б.Л. Фесенко, В.П. Мамонтова, А.Г. Морозова и др. Урал, филиал ВНИИ абразивов и шлифования. -Опубл. в Б.И., 1988.

6. A.c. 1425067 СССР, МКИ B24d 3/01. Абразивная масса / В.И. Курдюков, Б.П. Кудряшов. Опубл. в Б.И., 1989.

7. A.c. 1449336 СССР МКИ B24d 3/34. Масса для изготовления абразивного инструмента / Ю.В. Доронин. Опубл. в Б.И., 1989.

8. A.c. 1495099 СССР МКИ B24d 3/34. Масса для изготовления пористого абразивного инструмента на керамической связке. /1-й Государственный подшипниковый завод. А .Я. Зецеров, М.И. Мутовкин, С.Л. Ханский. ~ Опубл. в Б.И., 1989.

9. A.c. 1583274 СССР, МКИ B24d 3/06. Масса для изготовления алмазного инструмента / В.И. Курдюков, Б.П. Кудряшов. Опубл. в Б.И., 1990.

10. A.c. 1658529 СССР, МКИ B24d 3/00. Масса для изготовления абразивного инструмента / В.И. Курдюков и др. Опубл. в Б.И., 1991.

11. A.c. 1658529 СССР, МКИ B24d 31/14. Способ изготовления комбинированных гранул наполнителя / С.С. Фатасуров. Опубл. в Б.И., 1981.

12. A.c. 1823348 СССР, МКИ В24ДЗ/06. Масса для изготовления алмазного инструмента. / В.И. Курдюков, Б.П. Кудряшов, В.К. Коротовских. -Опубл. вБ.И., 1989.

13. A.c. 18456 НРБ. Способ изготовления высокоструктурных абразивных инструментов / Авт. изобр. Опубл. «Изобретения в СССР и зарубежном», 1967.

14. A.c. 268231 СССР, К808, 11/10. Масса для изготовления абразивных изделий / Н.В. Перцев, Е.Д. Щукин, Ф.Б. Данилова. Опубл. в Б.И., 1990.

15. A.c. 62830 НРБ. Способ производства абразивного инструментов / Авт. изобр. Опубл. «Изобретения в СССР и зарубежом», 1967.

16. A.c. 863317 СССР, МКИ B24d 3/34. Масса для изготовления абразивного инструмента / Б.Т. Горшков и др. Опубл. в Б.И., 1981, то же Изобретения в СССР и за рубежом, ВНИИПИ, вып. 28, 1982, №1.

17. A.c. 933428 СССР МКИ B24d 3/34. Абразивная масса для изготовления пористого инструмента / ЭЛ. Довгаль и др. Опубл. в Б.И., 1982.

18. A.c. 946900 СССР МКИ B24d 3/34. Масса для изготовления абразивного инструмента / Г.Д. Злочевский и др. Опубл. в Б.И., 1982.

19. A.c. 948646 СССР МКИ B24d 3/26. Способ изготовления абразивного инструмента / В.Г. Сафронов и др. Опубл. в Б.И., 1982.

20. A.c. СССР №390045 Полимерная композиция / Г.М. Ковальзон, В.А. Цыганков. Опубл. «Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки», 1973, №30.

21. A.c. СССР №438525 Масса для изготовления абразивного инструмента / Н.П. Згонник и др. Опубл. РЖ Хим., 1976.

22. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник. Под ред. д.т.н. проф. А.Н. Резникова. -М.: Машиностоение, 1973 392 с.:ил.

23. Асланов М.С. Полые неорганические микросферы / М.С. Асланов, В.Я. Стеценко, А.Ф. Шустров // Химическое производство за рубежом. 1981. - №9. С. 33-51.

24. Байкалов А.К. Введение в теорию шлифования материалов. / А.К. Байкалов. Киев: Наукова думка, 1978. - 207 е.: ил.

25. Болыпаев JI.H. Таблицы математической статистики / JI.H. Болыпаев, Н.В. Смирнов. М.: Наука, 1983. - 416 с.

26. Ваксер Д.Б. Пути повышения производительности абразивного инструмента при шлифовании. / Д.Б. Ваксер. M.-JL: Машиностроение, 1964.- 123 с.

27. Васильев H.H. К вопросу о структуре абразивного инструмента / H.H. Васильев // Абразивы, 1956, №17. - с. 17-19.

28. Васильев H.H. Определение качества шлифовальных кругов / H.H. Васильев // Высокопроизводительное шлифование. М.: 1962. - 186 с.

29. Венецкий И.Г. Теория вероятностей и математическая статистика / И.Г. Венецкий, Г.С. Кильдигиев. М.: Статистика 1975. - 206 с.

30. Волошин В. П. Исследование структуры пор в компьютерных моделях плотных и рыхлых упаковок сферических частиц / В.П. Волошин, Я.Я. Медведев, В.Б. Фенелонов, В.Н. Парман // Журн. структур, химии. -1999.-40,№4.-С. 46-60.

31. Дьяченко П.Е. Шлифовальный круг и его регулирующая способность / П.Е. Дьяченко. М.: Оборониздат, 1939.

32. Есикава X. Исследование влияния прочности связки в шлифовальных кругах, твердости на их износостойкость и работоспособность. «Китай по КЭИКЮ», т. 15, № 10, 1969.

33. Заявка 43-5373 Швеция. Изготовление пористых керамических кругов / Авт. изобр. Опубл.: «Изобретения в СССР и зарубежом», 1984.

34. Заявка 59-182468 Япония. Абразивный круг / Авт. изобр. Опубл.: «Изобретения в СССР и зарубежом», 1984.

35. Иосикова. Изучение износа шлифовальных кругов / Иосикова, Сато // Труды американского общества инженеров-механиков. Конструирование и технология машиностроения. М.: Мир. 1963, №1, с. 46-52.

36. Ипполитов Г.М. Абразивно-алмазная обработка / Г.М. Ипполитов. -М.: Машиностроение, 1969. 336 с.

37. Кадушников P.M. Геометрическое моделирование структуры полидисперсных материалов / P.M. Кадушников, А.Р. Бекетов // Порошковая металлургия, 1989, №10 с. 69-74

38. Калинин Е.П. Научные основы интенсивного бесприжогового шлифования сталей и сплавов с учетом степени затупления инструмента: Дисс. . докт. техн. наук / Е.П. Калинин. СПб, 1995. - 190 с.

39. Карпов А.Б. Исследование взаимодействия зерна и связки шлифовальных инструментов при динамических нагрузках: Дисс. . канд. техн. наук / А.Б. Карпов. М., 1973. - 148 с.

40. Кацев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента / П.Г. Кацев. М.: Машиностроение, 1974. - 231 с.

41. Кингери У.Д. Введение в керамику / У.Д. Кингери М.: Стройиздат, 1964.-534 с.

42. Королев A.B. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Часть I. Состояние рабочей поверхности инструмента / A.B. Королев, Ю.К. Новоселов. Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 1987. - 160 с.

43. Королев A.B. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Часть II. Состояние рабочей поверхности инструмента / A.B. Королев, Ю.К. Новоселов. Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 1987. - 160 с.

44. Корчак С.Н. Теоретические основы влияния технологических факторов на повышение производительности шлифования стальных деталей: Дисс. докт. техн. наук / С.Н. Корчак. Челябинск, 1971. - 372 с.

45. Крюков С.А. Совершенствование процесса шлифования путем стабилизации структурно-механических свойств абразивного инструмента: Дисс. канд. техн. наук / С.А. Крюков. Волжский, 2000 - 152 с.

46. Кудряшов Б.П. Разработка абразивных кругов со специальной структурой для шлифования быстрорежущих сталей: Дисс. . канд. техн. наук / Б.П. Кудряшов. 1983. - 181 с.

47. Курдюков В.И. Научные основы проектирования, изготовления и эксплуатации абразивного инструмента: Дисс. . докт. техн. наук / В.И. Курдюков. 2000.

48. Курдюков В.И. Повышение работоспособности алмазных кругов на органических связках / В.И. Курдюков //Алмазы и сверхтвердые материалы. 1980 - №10.

49. Лавров И.В. Шлифовальное зерно (технические характеристики, рекомендации по использованию) / И.В. Лавров. Л: труды ВНИИАШ, 1975.-229 с.

50. Лобанов A.B. Усовершенствование абразивного инструмента / A.B. Лобанов М.: Машиностроитель, 1982.

51. Любомудров В.Н. Абразивные инструменты и их изготовление / В.Н. Любомудров, H.H. Васильев, Б.И. Фальковский М.: МАШГИЗ, 1953. -376 с.

52. Маслов E.H. Теория шлифования материалов / E.H. Маслов М.: Машиностроение. - 1974. - 320 с.

53. Муцянко В.И. Основы выбора шлифовальных кругов и подготовка их к эксплуатации / Под ред. Л.Н. Филимонова. 3-е изд., перераб. и до-полн. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 134 е., ил.

54. Накаяма. Деформация шлифовального круга / Накаяма, Брекер, Шоу // Труды американского общества инженеров-механиков. Конструирование и технология машиностроения. М.: Мир. - №4, 1974.

55. Носов Н.В. Повышение эффективности и качества абразивных инструментов путем направленного регулирования их функциональных показателей: Дисс. . докт. техн. наук / Н.В. Носов Самара, 1997.

56. Окамура. Исследование режущей способности мелкозернистых абразивных кругов / Окамура, Сасаки // Р.Ж. Маш. №12, 1958.

57. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента: Учебн. пособие для техникумов / Под ред. Бакуля В.И. М.: Машиностроение, 1975. - 296 е., ил.

58. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента: Учебн. пособие для техникумов / Под ред. Ковальчука. Ю.М. М.: Машиностроение, 1984. - 288 е., ил.

59. Островский В.Н. Теоретические основы процесса шлифования / В.Н. Островский Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1981. - 144 с.

60. Островский В.Н. Структурная модель абразивного инструмента и кинематика шлифования / В.Н. Островский, А.Д. Терехов // В кн.: Резание и инструмент. Харьков, 1978, вып. 21, с.25-30.

61. Палей М.М. Технология шлифования и заточки режущего инструмента / М.М. Палей, Л.Г. Дибнер, М.Д. Флид М.: Машиностроение, 1988.-288с.

62. Пат. 1474569 Англия. Изготовление шлифовального круга / Опубл. «Изобретения в СССР и за рубежом», 1977.

63. Пат. 2034521 ФРГ МКИ С04в 15/00. Связка для шлифования кругов с неметаллическим связующим / Опубл. «Изобретения в СССР и за рубежом», 1982.

64. Пат. 2656039 ФРГ. Способ изготовления высокопористого абразивного инструмента / Авт. изобр. Опубл. «Изобретения в СССР и зарубе-жом», 1978.

65. Пат. 333142 Австрия. Абразивный инструмент из пористого абразива/ Опубл. «Изобретения в СССР и зарубежом», 1976.

66. Пат. 4086057 США. Способ изготовления абразивных дисков / Авт. изобр. Опубл. «Изобретения в СССР и зарубежом», 1978.

67. Пат. 434846 Австрия. Абразивный инструмент / Опубл. «Изобретения в СССР и зарубежом», 1969.

68. Пат. 78846 ПНР. Способ изготовления крупнопористых шлифовальных кругов / Авт. изобр. Опубл. «Изобретения в СССР и зарубежом», 1975.

69. Пат. 8217965 Англия. Абразивный материал и способ его изготовления / Опубл. «Изобретения в СССР и за рубежом», 1983.

70. Пекленик Ж. Применение корреляционной теории к процессу шлифования / Ж. Пекленик // Труды американских инженеров-механиков. Конструирование и технология машиностроения. М., 1964. - Вып. 2. -с. 3-13.

71. Петров М.С. Численные методы моделирования микроструктуры зернистых материалов / М.С. Петров, В.В. Гайдуков, P.M. Кадушников, Д.М. Алиевский, И.В. Антонов, Е.Ю. Нурканов // Порошковая металлургия, 2004, №7/8. с. 5-11.

72. Попов С.А. Шлифование высокопористыми кругами / С.А. Попов, Р.В. Ананьян. -М.: Машиностроение, 1975.

73. Попов С.А. Шлифование деталей и заточка режущего инструмента / С.А. Попов, Л.Г. Дибнер, A.C. Каменкович. М.: Высшая школа, 1975.-311 с.

74. Попов С.А. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов / С.А. Попов, Н.П. Малевский, JI.M. Терещенко. М.: Машиностроение, 1977. - 246 е.: ил.

75. Прогрессивные режущие инструменты и режимы резания металлов: Справочник / Под. ред. В.И. Баранчикова. — М.: Машиностроение, 1990.-400 с.

76. Разработка и внедрение контроля качества высокопористого абразивного инструмента. Отчет о научно-исследовательской работе. Договор №1П40/83.46 // Всесоюзный научно-исследовательский институт абразивов и шлифования ВНИИАШ. Л. - 1985. - 89 с.

77. Райт В.В. и др. Способ изготовления высокопористого инструмента. Авт. св. СССР, №933430, Кл. B24d 3/34, Б.И., 1982, №21.

78. Райт В.В. Способ изготовления абразивного инструмента. Авт. св. СССР, №686863, кл. B24d 3/34. Бюллетень, №35, 1979. Изобрет. в СССР и за рубежом, ЦНИИПИ, вып. 27, 1979, №12.

79. Рахмарова Н.С. Исследование эффективности круглого наружного шлифования высокопористыми кругами и кругами из монокорунда: Автореф. дисс. канд. техн. наук / Н.С. Рахмарова. М., НИИАТ, 1951.

80. Рожняткосвкий A.B. Разработка и исследование процесса шлифования высокопористым инструментом: Автореф. дисс.канд. техн. наук / A.B. Рожняткосвкий Самара, 1998. 23с.

81. Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента / Л.З. Румшиский М.: Наука, 1971. - 192 с.

82. Старков В.К. Высокопористые шлифовальные круги специальной структуры / В.К. Старков, И.В. Кариев //Оптимизация условий эксплуатации и выбора характеристик абразивного инструмента в машиностроении. Оптимшлифабразив, 88.-Л.: ЛДНТП, 1988 С. 140-142.

83. Степнов М.Н. Статистические методы обработки результатов испытаний: Справочник /М.Н. Степнов М.: Машиностроение, 1985. - 232 с.

84. Технология обработки абразивным и алмазным инструментом / Под ред. З.И. Кремня. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1989. -207 е., ил.

85. Худобин Л.В. Анализ геометрии абразивного зерна / Л.В. Худобин // Тип. Ульяновского политехнического ин-та. 1966. Вып. I - С.6-20.

86. Эфрос М.Г. Современные абразивные инструменты / М.Г. Эфрос, B.C. Миронюк / Под ред. З.И. Кремня. 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. - 158 е., ил.

87. Berrymann J. G. Random close packings of hard spheres and discs // Phys. Rev. 1983. — All. - P. 1053-1071.

88. Bird G. A. Molecular Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flow. -Oxford: Science Publications, 1994. 350 p.

89. Donze P., Magnier S. A., Bouchez J. Numerical modeling of a highly explosive source // J. Geophysics Res. 1996. - 101. - P. 3103-3110.

90. Fukuda Heijiro. Способ изготовления шлифовальных кругов. Пат. США, №4115077, 19.09.78, приор. 28.02.77, №52-21803, Япония. РЖ Техн. маш., 1979, 10Б411П.

91. Jodrey W. S., Tory Е. М. Rate-dependent RCP densification algorithm // Phys. Rev. 1985. - A 32. - P. 2347-2358.

92. Kingery B.D. Sidhwa A.P., Waugh A. "Structure Properties of Vitrified Bonded Abrasives", Ceramic Bulletin, Vol. 42, №5,1963, p. 297-517.

93. Okamura Kenjiro, Nakajima Toshikatsu. Elastic Properties of Grinding Wheel. Mem. Fac. Eng. Kyoto Univ. - 1969, 31. №4, p. 490-517.

94. Tobochnik J., Chapin P. M. Monte Carlo simulation of hard spheres near random closest packing using spherical boundary conditions // J. Chem. Phys. 1988. - 88. - P. 5824.

95. Vesely Bretislav и др. Способ изготовления шлифовальных инструментов. Авт. св. ЧССР, №786882, кл. СО 4В 21/08, 15.02.81, РЖ Техн. маш., 1981, 12Б 462П.

96. Weille R. Современное состояние экспериментальных исследований по обработке металлов шлифованием. Пер. с франц. ВИНИТИ №26314,2:1962.

97. Younis М.А. Betrachtung zur Stabiiitat des Schleiverfahrens. "Kurzber. HGF Techn. Hochsch. und Univ. BRD", 1971, №2, 2s., ill.