автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности шлифования путем управления структурно-механическими характеристиками абразивного инструмента на керамическом связующем

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКАХ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА, ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Современное представление о структурно-механических характеристиках абразивного инструмента

1.2. Цели и задачи исследования

2. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА

2.1. Обоснование энергетического подхода определения твердости абразивного инструмента

2.2. Определение твердости абразивного инструмента

2.3. Экспериментальное исследование

2.4. Анализ экспериментальных данных

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ СТРУКТУРНО* МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НА

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА

5. ВЫВОДЫ

Современный уровень развития машиностроительной, станкостроительной, подшипниковой отраслей промышленности предопределяется качеством выпускаемой продукции. Технический прогресс характеризуется быстро возрастающими требованиями к точности размеров и геометрической формы деталей и качеству их поверхности. В металлообрабатывающих отраслях промышленности все более весомый удельный вес приобретает алмазно-абразивная обработка деталей. При обработке труднообрабатываемых сталей и сплавов применение алмазного и абразивного инструмента зачастую является единственно возможным. Сейчас объем алмазно-абразивной обработки составляет более 25 % всей металлообработки, а в подшипниковой промышленности свыше 70 %. Окончательная (финишная) обработка деталей, определяющая состояние несущего основные нагрузки при эксплуатации поверхностного слоя детали, в основном ведется алмазным или абразивным инструментами. В этих условиях возрастает перспективность и значимость абразивной обработки как основного и наиболее экономичного способа получения высокоточных деталей. Повышение эффективности и качества абразивной обработки в силу этих причин является в настоящее время актуальной научной проблемой, имеющей важное прикладное значение.

Решение этой проблемы неразрывно связано с дальнейшим исследованием физико-механических характеристик абразивного инструмента на керамическом связующем, так как этот вид инструмента является наиболее распространенным на операциях абразивной обработки.

Многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых показано, что функциональные свойства абразивного инструмента определяются его характеристиками - зернистостью, пористостью, твердостью и прочностью. Эти свойства определяют область применения данного инструмента, лежат в основе выбора режимов шлифования.

В настоящее время накоплен обширный теоретический и экспериментальный материал, на базе которого предприняты попытки формирования научных основ технологии обработки абразивными инструментами, включая разработку различных моделей управления процессами шлифования, формирования качества поверхностного слоя детали. Однако вопрос о влиянии структурно-механических параметров абразивного композита на свойства и эксплуатационные показатели инструмента остается открытым. Сегодня это является одной из причин отсутствия научно обоснованных технологических принципов управления качеством абразивного инструмента с регламентированными свойствами.

Представленные в настоящей работе результаты могут быть использованы при разработке технологий изготовления абразивного инструмента с регламентированными функциональными свойствами, обеспечивающими заданные показатели процесса шлифования.

На основании изложенного на защиту выносятся:

- результаты теоретико-экспериментальных исследований по установлению количественных показателей процесса разрушения абразивного инструмента на керамической связке;

- методика определения твердости абразивного инструмента;

-результаты исследования механизма разрушения абразивного композита и методика определения прочностных характеристик абразивного инструмента;

- технологические принципы изготовления абразивного инструмента с регламентированными свойствами в соответствии с установленными зависимостями результатов испытаний пескоструйным методом и прочности удержания абразивного зерна связкой.

5. ВЫВОДЫ

1. В результате комплексных теоретико-экспериментальных исследований решена актуальная задача, имеющая важное производственное значение и заключающаяся в научном и опытно-производственном обосновании создания абразивного инструмента на керамической связке с регламентированными функциональными свойствами, обеспечивающими требуемые производительность и качество шлифования, путем контроля количественных показателей процесса разрушения.

2. Разработана методика определения твердости абразивного инструмента с позиции энергетического подхода к рассмотрению физических процессов разрушения рабочего поверхностного слоя на основе пескоструйного метода определения твердости. Обоснован и предложен переход от относительных показателей к физической величине удельной работы разрушения абразивного композита.

3. Разработан и экспериментально подтвержден механизм разрушения абразивного композита. В результате статистической обработки установлены математические зависимости между механическими свойствами композитов и их износостойкостью: расчетные зависимости линейного износа композита от предельного разрывного напряжения; зависимость прочности на сжатие абразивного инструмента от пористости; коэффициент средней интенсивности напряжений при разрушении.

4. Установлены эксплуатационные показатели шлифовальных кругов в соответствии с результатами испытаний пескоструйным методом и определением прочности удержания абразивного зерна связкой.

1. А.с. 1823348 СССР, МКИ В24ДЗ/06. Масса для изготовления алмазного инструмента. / В.И. Курдюков, Б.П. Кудряшов, В.К Коротовских (СССР).№4457909/08; заявлено 11.07.88 2с.

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

3. Акунов В.И. Элементы теории и методика расчета струйных мельниц. Науч. сообщение ВНИИТИСМ АсиА. М.: Промстройиздат, 1958. -118 с.

4. Акунов В.И. Струйные мельницы //Механизация и автоматизация производства. 1969. №2. с. 34 - 36.

5. Анализ изменения величины выступания алмазных зерен на работающем шлифовальном круге. Ю.П. Линенко-Мельников, Л.Л. Мишнаевский

6. М.Л., Киев// Сверхтвердые материалы. 1989. №2.-С.8-12. ш 6. Байкалов А.К. Введение в теорию шлифования материалов. - Киев:

7. Наукова думка, 1978. 207 е.: ил.

8. Байкалов А.К., Сукенник И.Л. Алмазный правящий инструмент на гальванической связке. Киев."Наук.думка" - 1976. - 203 с.

9. Бикпавленова Д.Р., Шумячер В.М. Об энергетической оценке структурно-механических характеристик абразивного инструмента.//Современные технологии в машиностроении. Сборник статей. Пенза, 2004 - с. 100-101.

10. Бокучава Г.В. Трибология процесса шлифования. Тбилиси: изд-во Сабиота Сакартевело, 1984, - 297 с.

11. Бокучава Г.В. Об основных критериях оценки качества материала абразивных зерен. М.: НИИМАШ, н.-техн. реф. сборник Абразивы, №5,1963,-с. 11-20.

12. Большаев JI.H., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики М.: Наука, 1983.-416 с.

13. Броек Д. Основы механики разрушения. М.: Высшая школа, 1980.

14. Weibull W. A Statistical Distribution Function of Wide Application/ Journal of Applied Mechanics. Vol. 13.Trans ASME. Vol. 73,1951.-p.293-297.

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

16. Васильев Н.Н. Определение качества шлифовальных кругов//Высокопроизводительное шлифование. М., 1962.- 186 с.

17. Ватанабэ. Износ шлифовального круга. Пер. с японск. ВИНИТИ № 21694, 1.-1962.

18. Вейс З.В. Анализ разрушения в условиях концентрации напряжений/ В кн.: Разрушение: Пер. с англ. Т. 3. М.: Мир, 1976. - С. 263 - 302.

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

20. Вольцифер В.А., Погорелов .А. Моделирование статистических упаковок сферических частиц // Инженерно-физический журнал, 1992. Т.6. № 1. -С. 69-72.

21. Гегузин Я.Е. Физика спекания. М.: Наука, 1967. - 360 с.

22. Гогоберидзе Д.Б. Твердость и методы ее измерения. М.: Машгиз, 1952.

23. Горячкин Ю.Б. Исследование взаимодействия зерна и связки шлифовальных инструментов при статических нагрузках./ Дисс.канд. тех. наук М., 1972.

24. Дульнев Т.М., Заричняк Ю.П. Теплопроводность смесей и композиционных материалов. Л.: Энергия, 1974. - 264с.25.' Дьяченко П.Е. Шлифовальный круг и его регулирующая способность. -М.: Оборонизд, 1939.

25. Епифанов Г.И. Физика твердого тела. М.: Высшая школа, 1977. - 247с.

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

27. Заявка 61-90063 Япония. Абразивный инструмент// Изобретения в СССР и за рубежом, 1986.

28. Ивашинников В.Т. Выбор характеристики шлифкругов для различных операций шлифования. Челябинск: Южно-Уральское кн. изд., 1966. -124 с.

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

30. Konig W., Lorts W. Properties of cutting edges related to chip formation in griding. CIRP, 1975,24,№1, - p. 231-235.

31. Konig W., Lorts W. Three dimensional measurement of the griding wheel surface evalution and effect of cutting behavior. - CIRP Ann., 1976, 25, №1, -p. 197-202.

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

33. Калинин Е.П., Шашков М.А. Анализ схемы расположения абразивных зерен в объеме шлифовального круга// Известия ВУЗов. М.: Машиностроение, 1986. №6.- с. 136-140.

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

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

36. Королев А.В. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и деталей при абразивной обработке. Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1975. — 147 с.

37. Королев А.В. Теоретико-вероятностные основы создания прогрессивных процессов абразивной обработки путем управления состоянием инструмента и его механическим взаимодействием с деталью/ Автореф. дис. . докт. техн. наук. Саратов, 1977. - 24 с.

38. Королев А.В., Новоселов Ю.К. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Часть I. Состояние рабочей поверхности инструмента. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1987.- 160 е.: ил.

39. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. М.: Машиностроение, 1974.- 280 е.: ил.

40. Красулин Ю.Л. и др. Пористая конструкционная керамика. М.: Металлургия, 1980. - 100 с.

41. Красулин Ю.Л., Баринов С.М., Иванов B.C. Структура и разрушениематериалов из порошков тугоплавких соединений. М.: Наука, 1985.146 с.

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

43. Крючков Ю.Н. Метод расчета структурных параметров уплотненных керамических материалов // Стекло и керамика, 1997. № 10. ~ С. 21 — 23.

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

45. Курдюков В.И., Андреев А.А. Методика оптимизации шихтового состава керамических связок по критерию прочности абразивной композиции./ЯТроцессы абразивной обработки, абразивные инструмента и материалы. Сб. трудов конференции. Волжский, 1998.- С. 77-80.

46. Левин. В.Н. Краткий справочник шлифовщика. М.: Машиностороение, 1968- 135 с.

47. Любомудров В.Н., Васильев Н.Н., Фальковский Б.И. Абразивные инструменты и их изготовление. М. - Л.: ГНТИМСЛ, 1953. - 376с.

48. Любомудров В.Н., Васильев Н.Н., Абразивные инструменты и их изготовление. М. - Л.: ГНТИМСЛ, 1955. - 376с.

49. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение, 1974.-320 с.

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

51. Метод определения числа работающих алмазных зерен в кругах для резки природного камня (г. Киев)// Сверхтвердые материалы, №6, 1989.1. С. 4-8.

52. Московенко И.Б., Славина Л.Я. Акустический контроль твердости абразивных инструментов приборами типа «Звук»// Мир инструмента, №1, 1994-С. 4-6.

53. Мурдасов А.В., Ивашинников В.Т., Пицына Л.Г. Оценка прочности керамической связки // Абразивы, 1976. № 4. С. 8 - 10.

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

55. Найдич Ю.В., Лавриенко И.А., Петрищев В.Я. Порошковая металлургия, 1965, №2. -26с.

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

57. НИИБТН. нормы износа и расхода шлифовальных кругов при заточке режущего инструмента, 1963.

58. Николаенко А.А. Моделирование и расчет высокопроизводительных автоматических циклов плоского глубинного профильного шлифования для станков с ЧПУ.: Дисс. докт. техн. наук Челябинск, 1998. - 349 с.

59. Новиков С.А. Разрушение материалов при воздействии интенсивных ударных нагрузок// Соровский образовательный журнал №8, 1999.

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

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

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

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

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

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

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

67. Переверзев П.П. Теория и методика расчета оптимальных циклов обработки деталей на плоскошлифовальных станках с программным управлением./ Дисс. докт. техн. наук Челябинск, 1999. - 239 с.

68. Пицына Л.Г., Мурдасов А.В., Ивашинников В.Т. Изучение поверхности разрыва абразивного черепка на керамической связке // Абразивы, 1973. №8.-С. 15-17.

69. Полубелова А.С., Крылов В.Н. и др. Производство абразивных материалов. М. - Л.: Машиностроение, 1968. - 124 с.

70. Попов С.А. Анализ схем стружкообразования в связи с геометрией рабочей поверхности шлифовального круга. /В сб.: Основные вопросы высокопроизводительного шлифования. М.: Машгиз, 1960. - с.30-58.

71. Попов С.А. Геометрия рельефа режущей поверхности абразивных инструментов из синтетических алмазов и кубического нитрида бора/ В кн.: Синтетические алмазы в промышленности. Киев, 1974. - с. 47-54.

72. Попов С.А., Ананьян Р.В. Шлифование высокопористыми кругами. М.:1. Машиностроение, 1975.

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

74. Попов С.А., Малевский Н.П. Новый метод оценки режущих свойств абразивных инструментов. М.: ВИНИТИ, 1959. - 157с.

75. Попов С.А., Малевский Н.П., Терещенко Л.М. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов. М.: Машиностроение, 1977. -246с.: ил.

76. Попов С.А., Соколова Л.С. Влияние однородности зернового состава абразива и формы зерен на рельеф режущей поверхности шлифовальных кругов. Абразивы., 1972. - "12. - С.2-6.

77. Rice R.W., Frieman S. W. The porosity dependence of fracture energies. In: Ceramic microstructures, 76,1977, h.43-48.

78. Ребиндер П.А. Поверхностно-активные вещества. M.: Знание, 1961. — 46 с.

79. Редько С.Г. Количество абразивных зерен шлифовального круга, участвующих в резании. Станки и инструмент, 1960,№12.

80. Редько С.Г. Процессы теплообразования при шлифовании металлов. -Саратов: изд. Саратовского ун-та., 1962, 231 с.

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

82. Резников А.Н. и др. Определение количества режущих зерен. М.: Машиностроение, 1978. - Вып.Н. - с. 127-130.

83. Резников А.Н. Теплофизика резания. М.: Машиностроение, 1969. -288с.: ил.

84. Рожняткосвкий А.В. Разработка и исследование процесса шлифования высокопористым инструментом. Автореф. дисс.канд. техн. наук -Самара, 1998. 23с.

85. Румшиский J1.3. Математическая обработка результатов эксперимента. -М.: Наука, 1971.-192 С.

86. Seiki Metsui, Katsuo Syoji. Statistical approach to grinding mechanism on few experiments. Technol. Repts Tokoku Univ., 1975,40,№2, p. 353-359.

87. Simpson L.A. Effect of microstructure on measurement of fracture energy of A1203 J. Amer. Cer. Soc. - 1973, vol56, №1, p. 7-11.

88. Справочник «МИ»// Мир инструмента, №1,1994. С. 23-25.

89. Справочник по алмазной обработке металлорежущего инструмента/ В.Н. Бакуль и др.; Под общей ред. В.Н. Бакуля Киев: Технжа, 1971. - 208 е.: ил.

90. Стоке Р.Дж. Микроскопические аспекты разрушения керамики / Сб.: Разрушение. Т. 7. Ч. I. М.: Мир, 1976. - С. 129 - 220.

91. Стрелов К.К., Пранцкявичус Г.А. Критический размер фрагмента структуры термостойких огнеупоров//Проблемы прочности, 1982. №9. -с.57-58.

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

93. Funk J.E. Dinger D.R. Particle Packing. Fundamentals of Particle Packing Monodisperse Spheres // Interceram, 1992. V 41. № 41. P. 10-14.

94. Филимонов JI.H., Степаненко В.Г., Приймак Ю.Л. Статистический анализ распределения режущих кромок по рабочей поверхности шлифовального круга. Абразивы, 1976. - №10, с. 10-13.

95. Филимонов Л.Н.Стойкость шлифовальных кругов. Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1973.- 136 е., ил.

96. Финкель В.М. Физика разрушения. Рост трещин в твердых телах. М.: Металлургия, 1970. - 228 С.

97. Худобин Л.В. Анализ геометрии абразивного зерна// Тип. Ульяновского политехнического ин-та, 1966.- Вып.1 С.6-20.

98. Шумячер В.М., Бикпавленова Д.Р. Об энергетической оценке характеристик абразивного инструмента// Прогрессивные технологииобработки материалов, режущий инструмент и оснастка// Сб.научн.тр. -СПб.: изд.« Инструменты и технологии» 2003 г. - С. 216-217.

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

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

101. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования. М.: Машиностроение, 1975. - 176 е.: ил.

102. Ящерицын П.И., Зайцев А.Г. Повышение качества шлифовальных поверхностей и режущих свойств абразивно-алмазного инструмента. — Минск: Наука и техника, 1972. 480 с.