автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности шлифования стали марки Р6М5 путем оптимизации по параметрам режима обработки и структуре круга

министерство науки, шсшей школы и технической политики •• российской федерации

курганский 1шик0стрштмьныи институт

На правах рукописи КУЛЬ АРКАДИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

I

удк 621.922,025:669.15

повышение эффективности'шоского шлифования стали МАШ р6м5 шт оптимизации по параметрам реш!а обработки и структуре кита

Специальность 05.02.08 - технология машиностроения

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Курган - 1992

/

ШНИСТЯРСТЗО НАУКИ, ЛиСШЕй ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ • РОСЕШСКОИ ФЕДЕРАЦИИ

КУРГАНСКИЙ ШЬШОСТРСИТШШЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

КУЛЬ АРКАДИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

УДК 621.922.025:669.15

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ' ПЛОСКОГО ШИФОВАНИЯ СТАЖ МАРКИ Р6М5 БУТт ОПТИМИЗАЦИИ ПО ПАРАМЕТРАМ РЕЕИМА ОБРАБОТКИ И СТРУКТУРЕ КРУГА

Специальность 05.02.08 - технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Курган - 1992

Работа выполнена в Курганской машиностроительном институте. Научный руководители, - кандидат технических наук, профессор, Заол.шшаностроитель РСФСР Г.П.моеталыпш.

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Кузнецов Анатолий Михайлович; - кандидат технических наук, доцент Ильичев Лев Леонидович. Ведущее предприятие - Свердловское ПО "Уралтрансмаш".

Защита диссертации состоится " 13 » шрта 1992 г.

в 9 ч. 00 мин. на заседании специализированного совета К 064.18.01 по присуждению ученой степени канди-

дата технических наук при Курганском машиностроительном институ Отзывы и замечания в одном экземпляре, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 640669, Курган, Ш, ученому секретарю института.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Курганског) машиностроительного института.

Автореферат разослан «4 ■ февраля 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук,

доцент --Э.В.Ратманов

Э.В.1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важной задачей, позволявдей обеспечить высокую эффективность производства в машиностроения, является совершенствование технологических процессов финишной обработки, одним из которых является процесс шлифования. Перспективным и актуальным направлением совершенствования процесса шлифования является применение высокопористого абразивного инструмента, особенно при обработке труднообрабатываемых материалов, с одновременным использованием оптимальных параметров режима шлифования.

Цель работы. Повышение эффективности процесса шлифования путем оптимизации по параметрам режима обработки и структуре круга.

Научная новизна. Научная новизна состоит в разработке теоретических положений, относящихся к интенсификации процесса шлифования путем оптимизации параметров режима обработки при постоянном уровне производительности, а также в установлении взаимосвязи между характеристиками абразивного круга, материалом заготовки и параметрами регдмз кшфования.

В диссертации:

I. Исследовано влияние структуры абразивного круга на производительность шлифования.

г. Исследована взаимосвязь мезду удельной работой и производительностью шлифования.

3. Разработана методика экспериментального определения коэффициента заполнения пор.

4. Разработана методика планирования эксперимента по оптимизации выходных показателей процесса шлифования при постоянном

уровне производительности.

5. Установлены тенденции развития конструкций абразивного инструмента, приводящие к повышению его режущей способности.

6. Получены практические результаты обработки стали марки Р6М5 абразивным инструментом, имеющим различные номера структуры. Подтверждено теоретическое положение о том, что с повышением номера структуры абразивного круга (снижением объемной доли зерна с 51$ до 44%) повышается режущая способность абразивного инструмента при использовании специального наполнителя.

7. Получены практические результаты щшменения симплекс-решетчатого метода планирования эксперимента при постоянном уровне производительности, свидетельствующие о том, что стойкость инструмента зависит от сочетания параметров режима шлифования.

8. Разработана методика оптимизации параметров режима шлифования по технологическим показателям процесса шшфования.

,9, Предложен алгоритм расчета характеристик абразивного инструмента, исходя из организационно-технических условий, ха-рактерасдас обрабатываемого материала.

Практическая ценность. Практическая ценность состоит в использовании резервов, связанных с раскрытием потенциальных возможностей инструмента, в разработке методики оптимизации технологических показателей процесса шшфования при постоянном уровне производительности, установлении взаимосвязи между характер ристиками .инструмента и параметрами режима шлифования.

Реализация результатов работы в промышленности позволила получить фшсяичес^дй экономический эффект 55,5 тыс.рублей.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на четвертом Всесоюзном симпозиуме "Теория реальных передач за-

цеплением" (Курган, 1988 г.), на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы повшения качества, надежности и долговечности машин", посвященной 60-летив Брянского института транспортного машиностроения (Брянск, 1990 г.), на Республиканской научно-технической конференции КамЛИ-КамАЗ (Набережные Челны, 1990 г.), на научно-практической конференции "Пути повшения эффективнос--ти использования оборудования с ЧПУ" (Оренбург, 1989 г.), на научно-црактической конференции "Разработка и применение новой техники, технологии и автоматизированных систем в промышленности (Курган, 1988 г.), на Республиканской конференции "Проблемы создания и эксплуатации гибких автоматизированных производств" (Харьков, 1990 г.).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 печатных работах. По теме диссертации получено два авторских свидетельства 1607227, 1645121.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений и содержит 143 страницы основного текста, 10.таблиц, 21 рисунок и • список литературы из 83 источников.

КРАТКОЕ СОДЕЕШИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы диссертационной работы в. связи с проблемами повышения цроизводительности операции шлифования и качества выпускаемой продукции.

I. Состояние вопроса, цели и задачи исследования.

Приведен обзор отечественных и зарубежных публикаций, отражающих современное состояние исследований процесса шлифования. Автором подробно исследованы следующие вопросы: влияние хишчес-

кого состава и структуры стали на обрабатываемость шлифованием; методшси назначения параметров режима резания при шлифовании быстрорежущей стали марки Р6М5; перспективные конструкции абразивного инструмента; методологические основы оптимизации и выбор критериев оптимизации процесса шлифования в автоматизированном производстве. Обзор показал, что усложнение химического состава стали приводит к формированию слоеной неоднородной структуры стали в процессе термообработки. Установлено, что существует связь между критериями оценки процесса пшфования и механическими характеристиками металла. Из анализа общих закономерностей формирования поверхностного слоя при шлифовании следует, что превалирующую роль играют тепловые процессы, роль пластической деформации проявляется слабее. При атом в литературе есть указания на то, что повышение номера структуры абразивного круга (снижение объемной доли зерна) позволяет повысить производительность обработки и возможно снизить среднюю температуру в зоне резания и, следовательно, улучшить качество поверхностного слоя детали. С другой стороны, в работах, посвященных совершенствованию шлифовального инструмента, прослеживается две основные тенденции: а) повышение номера структуры (т.е. снижение объемной доли зерна) с заменой зерна наполнителями различной природы; б) повышение общей пористости инструмента при снижении или без снижения объемной доли зерна в инструменте.

Из результатов патентного исследования следует, что сущес- • твует большая группа материалов с различной" химической природой, которые могут быть использованы в качестве наполнителя.

Исследование литературных данных по назначению режимов шлифования стали марки Р6М5 показывает отсутствие методики назначения режимов и разноречивость конкретных параметров. В суще-

ствующих рекомендациях отсутствуют данные о характеристиках шлифовального круга, оптимального для конкретного материала. В случае, если указываются характеристики шлифовального круга, то указываются только некоторые параметры, которые полностью не идентифицируют шлифовальный инструмент. Из литературного обзора следует, что для количественной оценки обрабатываемости материала конкретным абразивным инструментом и учета теплонапрягенностл процесса следует исследовать удельную работу шлифования, поскольку этот показатель характеризует работу, затрачиваемую на удаление единицы объема шлифуемого материала данным инструментом.

В литературе отсутствуют сведения об изменении эксплуатационных характеристик и состоянии поверхностного слоя детали при постоянной интенсивности шлифования, которая обеспечивается различным сочетанием параметров режима шлифования для конкретного шлифовального инструмента.

На основе обзора возможно предположить, что для инструментов, имеющих одинаковые характеристики, но отличающихся номером структуры, возможно установить показатель, характеризующий их режущую способность.

Применительно к условиям безлюдных производств, где нельзя полагаться на узкие эмпирические зависимости, необходимо исследовать весь возможный диапазон изменения параметров режима шлифования с целью установления фактической стойкости инструмента и состояния поверхностного слоя детали.

Исходя из задачи оптимизации, состоящей в определении параметров режима, обеспечивающих минимум себестоимости обработки заготовки при условии, что производительность задана заранее, необходимо разработать методику оптимизации параметров режима шлифования по технологическим показателям.

Исходя из потребности установления взаимосвязи характеристик абразивного инструмента, обрабатываемого материала, заданного уровня производительности, следует разработать методику,позволяющую установить указанную взаимосвязь.

На основе литературного обзора сформулированы цель и задачи исследования. Целью .работы является повышение эффективности процесса шлифования путем оптимизации по параметрам режима и структуре круга. Для решения поставленной цели сформулированы следук>-щие задачи исследования:

- исследовать влияние структуры абразивного круга на цроиз-водителъность шлифования;

- исследовать взаимосвязь между удельной работой и производительностью шлифования;

- исследовать влияние взаимозависимого изменения параметров режима на показатели процесса шлифования и качество поверхностного слоя детали;

- разработать методику экспериментального определения коэф фицаенга заполнения сор абразивного круга;

- разработать методику оптимизации параметров режима по технологическим показателям;

- разработать алгоритм назначения характеристик инструмента при известной производительности.

2, Исследование влияния параметров режима и структуры круг ^¡а производительность, стойкость круга и состояние поверхностнс ^слоя детали.

£ главе предпринята попытка осмысления влияния параметров ;р.е®йма и структуры круга на производительность, стойкость кругг де луэстряние поверхностного слоя детали.

результате теоретических исследований получены выражение

связывавшие параметры структуры абразивного круга с производительностью шлифования:

% * Т2 Л

^ = Ощи^ 153 Ксгр/Кр- К?РроДь оС • (К -1) •Луд'йз.о. (I)

У^-и/дДр.

% -Уз

>

Уравнение (I) выражает максимально возможный съем единицей ширины рабочей поверхности круга, ограниченный прочностью.зерна.

Здесь 0уд.лр. - ограничение удельной цроизводательности по прочности удержания зерна в круге; К стр. - коэффициент укладки стружки; Кз - объемная доля зерна в круге; ^^ - скорость вращения круга; ^кр - длина пути контакта круга и детали;

Ррл . - приведенная нагрузка, действующая на зерно; -

диаметр зерна;ПЗСэ- коэффициент однородности зерна; сС - коэффициент изометричности зерна; К=Ру/§> ; Ау^ - удельная работа шлифования; ¿30. - цриведенный диаметр' зерна; Кд - коэффициент пористости абразивного круга; Оуддар. - ограничение удельной производительности по пористости; К- коэффициент заполнения пор допустимый; - глубина шлифования; ^ - продольная подача станка.

Полученные выражения (I) и (2) устанавливают связь между характеристиками абразивного круга Кп,Кр/ К*/ П15,о(.; Ррг>.<^5-0,* уровнем производительности 0. , а также характеристика™ процесса шлифования К, Укр, ¿1кр,Ксгр, материалом заготовки А Уд, •

Из выражения (I) следует, что для повышения производительности затрачиваемая удельная работа шлифования должна уменьшаться. На значение Ау^ оказывает влияние как материал обрабаты-

Баемой заготовки, так п характеристики абразивного крута. Конкретные значения могут быть определена экспериментально.

Рассмотрим Дуд. су;.г.;у удельной работы струккообразо-вания и удельной работы пластического дефоршрования. й начальный момент контакта абразивного зерна с деталью цри шлифовании происходит пластическое деформирование металла до тех пор, пока толщина среза не достигнет некоторого критического значения, чтс приведет к образованию струхки.

С увеличением скорости стола и глубины шлифования возрастает толщина среза и это приводит к относительному уменьшению работы пластического деформирования и снижению удельной работы резания. Необходимо исследовать зависимость удельной работы резаш при различных сочетаниях параметров шлифования при заданном уро] не производительности, поскольку, по-видимому, существует оптимум, цри котором максимальным будет процесс стружкообразования. Из выражения (2) следует, что повышение производительности прямо пропорционально размеру зерна и Кзда1.Кзмд.- характеризует взаимодействие режущего слоя абразивного круга с заготовкой и может быть определен экспериментально.

Полученные зависимости позволяют расчетным путем определить характеристики абразивного инструмента для заданного урови производительности с учетом характеристик обрабатываемого материала.

Из выражения (2) может быть получено выражение для ,

в общем случае, текущее значение коэффициента заполнения пор ■ имеет следующий вид

Кр Кп"1^ . (з:

Физический смысл ^¡шл. состоит в том, что он показывает отношение объема "элементарной" струяки при определенном режиме работы абразивного крута, к объему его поверхностной поры.

Зависимости (I), (2) могут быть использованы для разработки алгоритма назначения характеристик абразивного инструмента при известной производительности. Уровень производительности может быть получен различным сочетанием параметров режима V . б . t ; здесь V - продольная подача стола, Б - поперечная подача, ■Ь - глубина шлифования.

Доэтому для реализации указанного алгоритма на основе (I) и (¿0 следует, кроме экспериментального определения Ауд, установить наилучшее по какому-либо технологическому показатели, соотношение V , Б , при определенном уровне .

Исследование влияния взаимозависимого изменения параметров режима на показатели процесса шлифования и состояние поверхностного слоя ставило своей целью оптимизировать параметры режима шлифования по какому-либо технологически^ показателю при постоянном уровне производительности. Для реализации предложенного подхода использованы не применявшиеся ранее в технологии машиностроения планы на диаграммах "состав-свойство". Это планирование предназначено для систем, являющихся смесями различных компонентов. Переменные (1= 1,2. ) таких систем являются пропорциями (относительным содержанием) компонентов смеси и удовлетворяют условию

Геометрическое место точек, удовлетворяющих условию нормированное™ суммы переменных, цредставляют собой ( )-мерный правильный симплекс (треугольник для Ф=3). Каждой точке такого

симплекса соответствует смесь определенного состава и, наоборот, любой комбинации относительных содержаний компонентов соответствует определенная точка симплекса. Для реализации условия (4) при планировании эксперимента с взаимозависимым изменением параметров режима шлифования следует прологарифмировать выражение

О'У^, (5)

тогда

.

Запишем уравнение (6) в виде

(7)

где , 2.2., ¿д - новые относительные содержания параметров режима шлифования. Для перехода от декартовой системы координат, в которой по осям координат отложены логарифмы параметров режима, необходимо использовать следующие уравнения, позволяющие определить относительные содержания истинных компонентов в симплексной системе координат

¿Г гг У"-*1 " (8)

где Хс ~ текущее значение параметра режима обработки, соответственно верхнее и нижнее значения фактора.

В работе использовано свойство композиционности симплекс-решетчатых планов, т.к. не имелось достаточных сведений о виде поверхности отклика нашей системы. Эксперимент проводился поэтапно: линейная модель, модель второго порядка, неполная ку-йическея модель. Проверочными точками планов низшего порядка сдувала -очки,' уходящие в план более высокого порядка. Модель

аппроксимирующего полинока для неполной кубической модели принимает вид:

где ^ , ~ коэффициенты аппрокси-

мирующего полинома. Для оценки коэффициентов аппроксимирующего полинома во всех точках плана реализуются опыты и определяются отклики системы У . Оценка коэффициентов проводится по специальным формулам, например: ^ = , , аналогично определяются и другие коэффициенты.

Адекватность модели проверяется в контрольной точке. В работе использованы Ь -критерий. Его экспериментальное значение для каждой проверочной точюи

I = т

где - величина дисперсии предсказания свойства; ^Уи - текущее значение отклика, вычисленное с помощью полинома; Ул -средняя оценка в проверочной точке; - стандартное откло-

нение.

После моделирования рассмотренной физической ситуации с целью получения математической функции, которую необходимо мак-си!,визировать (минимизировать), а также определения ограничений, следует' выбрать подходящую процедуру максимизации (минимизации) функции. В работе эта задача решается комплексным методом.

Таким образом, во второй главе цроведены теоретические исследования, указывающие на существование взаимосвязи между параметрами структуры крута и производительностью шлифования. Из анализа формул (I) и (2) следует, что два параметра - удельная работа шлифования Дуд и Кдол требуют экспериментального уста-

новления их значений. Очевидно, что ,с одной стороны, зависит от обрабатываемого материала, а, с другой стороны, характеризует интенсивность цроцесса при фиксированном уровне производительности.

"""'Производительность шлифования прямопропорционалънаКзмЛ-П.А. характеризует максимально возможный для инструмента с определенными значениями Кэ,КсЬ,Кп объем стружки, размещаемый в порах круга. Для экспериментального определения К$М1А разработана методика, которая рассматривается в 3 главе.

Поскольку уровень цроизвсщительности может быть достигнут при различном сочетании параметров режима, необходимо исследовать состояние поверхности детали и стойкость инструмента во всем диапазоне их применения. Для установления этих взаимосвязей обосновано применение симплекс-решетчатого эксперимента. 3. Экспериментальные исследования.

В главе описана экспериментальная установка на базе станка модели ЗЕ71ШЙ и ряд дополнительных устройств, использованных в работе: устройство для измерения продольной подачи, устройство для измерения износа абразивного круга, устройство для измерения сил в/ , ра .

В работе экспериментально определялись зависимости удельной работы шлифования от характеристик инструмента (зернистость, твердость, структура), а также от глубины шлифования и продольной подачи. Сущность эксперимента состоит в следующем. Образец, имеющий маленькую зону контакта с кругом, подвергается шлифованию. Глубина шлифования-увеличивается с каждым новым проходом инструмента по образцу. Обработка производилась до прижогов.; Во время резания фиксировались значения составляющих силы резания и . Для записи значений Ру и Ра использовались дина-

нометр модели УДИ00, усилитель, электронно-лучевой осциллограф модели Н 117/1.

Образцы представляют собой изготовленные из одного црутка стали марки Р6М5, термообработанные в одинаковых условиях (ЦКО) 62*64), цилиндры, имеющие длину 25 мм, диаметром 10 мм. Образцы устанавливались по одному в специальную оправку, которая, в свою очередь, устанавливалась в динамометр. Обрабатывался торец образца. Пределы изменения продольной подачи стола от 4 м/мин до 12 м/ыин, глубина шлифования менялась с шагом 0,01 мм и цринима- . ла значения в пределах 0,01*0,09. В эксперименте использовались абразивные круги одного типоразмера, отличающиеся твердостью и номерами структуры. Полученные результаты рассматривается в главе 4.

Оцределение допустимого коэффициента заполнения поры отходами шлифования производилось в следующей последовательности. Взяв абразивный круг определенной характеристики, производят шлифование, постепенно увеличивая удельный объем (1 до тех пор, пока не будет наблюдаться "засаливание"-круга. Отношение объема элементарной стружки, соответствующее этог<у режиму работы крута к объеьу его поверхностной поры, и будетКзап^. Так как задаваемое значение Цуд. выражается произведением Щ'к , т.е.

Ь , то должен быть проведен эксперимент, который позволит оценить влияние параметров.режима: продольной подачи , м/мин; глубины шлифования Ь мм ка значение КгММ . Креме того, для вычисления коэффициента заполнения пор необходимо провести экспериментальное определение поверхностной пористости абразивного круга. Поверхностная пористость абразивного круга определялась как отношение \/(1|к - объема пластической массы к Умс,ПК, ■ объему абразивного круга, включающему пластическую массу.

1С

Исследование взаимозависимого влияния параметров режима шлифования на показатели процесса шлифования и качество поверхностного слоя детали осуществлялось по методике, разработанной автором (а,с. 1645121). Методика состоит в следующем. Задаются уровнем производительности из каких-либо организационно-технических условий, устанавливают по справочной литературе, либо опытным путем диапазоны изменения параметров режима шлифования при обработке конкретного материала. Из всего диапазона выбирают те сочетания параметров режима шлифования ), которые обеспечивают заданную производительность 0. , т.е.

Ц = = с<жл>Ь

Бтйл Бто*

Уггк* ^УЧ Т/тах ^¿н ^ 1гтх

Далее, применяя симплекс-решетчатое планирование, предназначенное для систем, являющихся смесями нескольких компонентов, проводят эксперимент в заданных точках плана, оценивают достоверность полученных откликов, получают цриведенный полином. Полином характеризует зависимость исследуемого технологического показателя от взаимозависимого изменения параметров режима.

В работе описанная методика использована для определения коэффициента шлифования, стойкости абразивного круга, периода стойкости абразивного круга, шероховатости поверхности. На рис.1 приведена графическая интерпретация результатов по определению зависимости коэффициента шлифования от взаимозависимого изменения параметров режима шлифования, полином, описывающий эту зависимость. На симплексной плоскости построены линии равного зна-

чения поверхности отклика, полученной на основе полиномиальной зависимости. Наибольшему значении коэффициента шлифования К1Д =12, Э в эксперименте соответствовали параметры режима V =11,3 ы/мин; в =0,91 мм/ход; Ъ =0,0062 мм при уровне производительности 64 ммЗ/мин, абразивный крут с характеристикой 91АМ25НСМ16КП.

В работе использованы абразивные круги: 6 структура (50$? зерна в объеме), 9 структура (44$ зерна в объеме), II структура (40$ зерна в объеме). Круги с 9 и II структурой изготовлены с применением специального наполнителя.

4. Обобщение экспериментальных данных.

Проведенные экспериментальные исследования удельной работы шлифования при обработке образцов из стали марки Р6М5, позволяют сказать, что значения удельной работы шлифования Агд, уменьшаются с ростом номера структуры абразивного круга. Это означает, что энергия, расходуемая на удаление объема металла дал кругов высоких структур, расходуется более эффективно, т.е. большая часть энергии нацравляется на работу стружкообразования. На рис.2 цриведены значения удельной работы для ряда абразив-

ных кругов. На основе экспериментальных данных построена зависимость процентного содержания остаточного аустенита А ,% в поверхностном слое образца от глубины шлифования "Ь . Из рис.3 следует, что уровень остаточного аустенита А ,% для инструмента высоких структур ниже в 1,2-1,5 раза. Для зернистости 25 характерен более высокий уровень остаточного аустенита, чем для кругов зернистостью 16. Для бесцрижогового шлифования'стала марки РС.'.'З предпочтительно применение абразивного инструмента зер- 1 нистостыо 16 и твердостью М2-МЗ, 9-11 номера структуры.

Экспериментально подтверждено положение о том, что увеличение цродольной подачи стола и глубины шлифования, приводящее к

Контурные кривые поверхности отклика коэффициента шлифования Кш, мм^мм3

Рис. I

Зависимость удельной работы от глубины шлифования

Ч70

SO________

X or

40________

'ti

30 а ,.___

---Т $

It?

но_<> i ____

ii "j ^.......

Iü34567tí9 ЫО'%м

О 6 м/мин "I ¿ А 5,5 м/мкн ¿4A¿5Ii¡.i3Il

И 9,5 м/мин) 9IAMÜ5HCMI6

О 5,4 м/шн "I 9IAMI6ILM3II • 13,5 м/мшо

? 5

г ,,

возрастанию толщины среза, приводит к относительному уменьшению работы пластического депоршрования и снижению удельной работы резания. Продольная подача влияет на форму .укладки стружки в порах круга, с повышением продольной подачи стола укладка стружки в порах круга достигает некоторого критического значения, названного коэффициентом заполнения пор допустимый Кнд.4. .

В результате исследования взаимозависимого влияния парапет- • ров режима шлифования на технологические показатели процесса шлифования получены зависимости стойкости абразивного круга -Т , мин; износа абразивного круга - Оо , ммЗ/мин, минутного съема металла - 0.м , мм^/мин; коэффициента шлифования - Кш . Получены математические выражения в виде полиномов неполной кубической модели, которые адекватно описывают экспериментальные результаты. Зависимости указанных показателей имеют нелинейный характер, в области исследований существует область оптимальных по коэффициенту шлифования параметров режима шлифования. На рис.4 показаны сечения поверхности отклика коэффициента шлифования. Одно сечение сделано по линии, соответствующей наименьше^ значению рассматриваемого параметра, другое соответствует оптимальному значению коэффициента шлифования. Анализ позволяет сказать, что при исследовании влияния параметров режима шлифования на технологические показатели необходимо учитывать их взаимозависимое воздействие.

Нз осноЕе экспериментальных исследований по определению коэффициента заполнения пор установлены следующие закономерности (рис.5). Повышение структуры абразивного круга с 6 до II обеспечивает повышение производительности почти в 2 раза (кривые 1 и 3) при их одинаковой твердости и в 2,5-3 раза при уменьшении твердости высокопористых кругов на одну, две степени твердости.

Зависимость процентного содержания остаточного аустенита в поверхностном слое образца от глубины шлифования

, 28

Д*т,

%26

24 22 20 18 16 14 12

1 2 3 4 5 6 7 8 Рис. 3 -

□ 91АМ25НСМ16 1> 24А25Ш39 О 91АМ16Ш39 9 24А25НСМ29 В 91АЖ6НСМ29 О 24А25Ш211 Д91АМ16НМ2П «24А25НСМ2П А91А1Д6НМ311

^сЛ/

к мг{ >

А

р г

щ > <№у Г 9

... 1

1 чя, /

4 к м 3

Кш «

10 ö б 4

/r«

10 ь 6 4

xo tí 6 4

Сечения поверхности отклика .коэффициента шлифования

/ \

\ t « цообгм* 1

n j

f*M

S, мм/хов

i ■

s- лг-

Г—

'мни

V=tö 'Умчи. __

Рис. 4

¿,ММ

м

о

Установлено, что при одинаковых твердостях кругов круги с зернистостью И5 обеспечивают большую производительность (см. кривые 4,5 и 6,7). Из рис.5 следует, что повышение производительности возможно за счет применения высокопористого инструмента.

На основе исследований пористости абразивных кругов определена зависимость коэффициента заполнения пор допустимого от характеристик абразивного инструмента. На рис.6 приведены полученные результаты.

В ходе экспериментов по изучению шшяния взаимозависимого изменения параметров режима шлифования на технологические показатели, исследовалось влияние на шероховатость поверхности. Определялся параметр йа для абразивных кругов, отличающихся номером структуры, цричем, производительность для опытного круга с высоким номером структуры была в 3 раза выше. Из сравнения результатов опыта следует, что шероховатость поверхности.во всем диапазоне изменения параметров режима шлифования не зависит от параметров режима и определяется зернистостью абразивного крута.

'Результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили разработать методику оптимизации параметров режима шлифования по технологическим показателям процесса шлифования, главной отличительной особенностью методики является наложение на параметры режима шлифования условия у.$-Ъ= остлЬ.

Кроме того, полученные результаты позволили разработать.алгоритм расчета характеристик абразивного инструмента, позволяющий по заданному уровню производительности, значениям Ауд и Код.1 рассчитать объемные доли абразивного зерна, связки, наполнителя; проверить по достижимым уровням производительности ^УАЛР. и Цу^дср. подученные значения

График зависимости достигаемого уровня производительности шлифования от различного сочетания параметров режима V

4 5 Рис. 5

Ы(Г*,нм

О 91АМ25НСМ26 О 24А25НМ39 О 24А25Ш2П Д 91АМ16Ш2П

О 24А25НСМ2П ■ 9ШЛ6НСМ29 О 91АМ16Ш39

0,05

0,04 0,03 0,02 0,01

Зависимость коэффициента заполнения пор допустимого от характеристик абразивных- инструментов

Адлд.

мы ( / /т / о

49 / и % /

л> V1 5ИН

9 •

и

25т

IV

IV

Рис. 6

□ 9Ш25НСМ26 Р 24А25НМ39 0 91АЖ6НМ39

| 24А25КСМ29 В 91Ш6КСЫ29 024А25Ш2И

А 91АМ16Ш2И в 24А25НМ211 ASIAI.lI6Iu.13II

Разработанная методика оптимизации параметров режима и структуры круга прошла апробацию на ряде предприятий. Результаты исследований нашли применение на операциях плоского шлифования и загочки режущего инструмента на ЛО "Уралтрансмаш" (г.Свердловск). В результате внедрения методики производительность операции шлифования увеличилась в 2,5+3 раза. Стойкость абразивных кругов возросла в 1,5+2 раза. Фактический экономический эффект от внедрения основных результатов работы составил на 01.01.91 г. 55,5 тыс.рублей.

Заключени е.

1. Аналитически исследована и установлена связь между параметрами структуры круга и производительностью шлифования. Получены аналитические выражения, отражающие эту связь.

2. Разработана методика оптимизации технологических показателей процесса шлифования по параметрам режима шлифования. Особенностью методики является возможность анализа взаимозависимого влияния параметров режима на технологические показатели, что достигается фиксированием уровня производительности во всей исследуемой области. На методику получено а.с.1645121.

3. Экспериментально установлено, что зависимость К«,Т, СЦ, от параметров режима имеет нелинейный характер, в области

исследования существует оптимум для этих показателей.

4. Установлено, что максимальное значение Кц =12,9 получено при- следующих значениях параметров режима V =11,3 м/иин;

Э =0,91 мм/ход; 'Ь =0,0062 мм при уровне производительности 64 ммЗ/мин.абразивным кругом с характеристиками' 91Ш25НСГЯ6К11.

5. На основе анализа полученных теоретических зависимостей, связывающих параметры структуры круга с производительностью, разработан алгоритм, который позволяет назначить характе-

ряс тики абразивного инструмента при известной производительности. Для реализации алгоритма бшш проведены исследования удельной работы шлифования и коэффициента заполнения пор для абразивных кругов, имеющих номера структуры 6,9,11.

6. Установлено, что с увеличением номера структуры абразивного круга (снижение объемной доли зерна) значение удельной работы шлифования Ацд уменьшается, что свидетельствует о повышении эффективности шлифования.

7. Разработана методика, которая позволяет экспериментально определить пористость абразивного круга и на ее основе экспериментально определять коэффициент заполнения пор.

8. Получены экспериментальные значения коэффициента заполнения пор допустимого при шлифовании стали марки Р6М5 абразивными кругами с различными номерами структуры. Экспериментально установлено, чтоКут^ увеличивается с увеличением номера структуры абразивного крута.

9. Экспериментально установлено, что шероховатость поверхности заготовки при взаимозависимом изменении параметров режима значимо не меняется.

10. Показано, что содержание остаточного аустенита в поверхностном слое заготовки из стали марки Р6М5 с повышением номера структуры абразивного круга снижается в 1,2+1,5 раза. Дня бес-прикогового шлифования стали марки РШ5 твердостью 62*64 следует использовать абразивный круг с зернистостью 16, твердостью М2-МЗ, номерами структуры 9-11.

11. Производственные испытания подтвердили рекомендации, которые вытекают из результатов исследования. Методика расчета характеристик абразивного инструмента с учетом технологических требований к операциям шлифования внедрены на ПО "Уралтрансмаш".

тактический экономический эффект от внедрения результатов исследований на ПО "Уралтрансмаш" (г.Свердловск) составляет 55,5 тыс. рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Куль A.A., Гребенщиков К.В. Алгоритм выбора характеристик абразивного инструмента для автоматизированного производства //Проектирование и эксплуатация систем и средств автоматизации и комплексной механизации производственных процессов в промышленности: Тез.докл.науч.-техн.конф. - Курган, 1987; - С.27.

2. Мосталыгин Г.П., Курдюков В.И., Кудряшов Б.П., 1^гль A.A. Технологическое обеспечение финишных операций обработки зубчатых колес //Четвертый Всесоюзный симпозиум. Теория реальных передач зацеплением: Тез.докл.науч.-техн.конф. - Курган, 1988. - С.150.

3. Мосталыгин Г.П., Курдюков В.И., Куль A.A. Исследование технологических показателей процесса шлифования //Разработка и применение новой техники, технологии и автоматизированных систем в промышленности: Тез.докл.науч.-техн.конф. - Курган, 1988. -

С.24.

4. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П., Куль A.A. Повышение эффективности процесса шлифования //Цуги повышения эффективности исследования оборудования с ЧПУ: Тез.докл.науч.-практ.конф. -Оренбург, 1989. - С.68.

5. Мосталыгин Г.П., Курдюков В.И., Куль H.A., Куль A.A. Экономическая оценка шлифования высокопористыми кругами с помощью ЭВМ //Проблемы повышения качества, надежности и долговечности машин: Тез.докл.науч.-техн.конф. - Брянск, 1990. - C.I97.

6. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П., Иванов В.Н., Куль A.A., Переладов А.Б., Андреев A.A. Применение высокопористого абразив-

ного -инструмента в инструментальном производстве" //Наука - производству: Тез.докл.Респ.науч.-техн.конф. КамАЗ-КамШ. - Набережные Челны, I99Ü. - С.315.

7. A.c. I645IÜI (СССР). Способ определения эксплуатационных свойств абразивного инструмента. - Опубл. 30.04.91, Балл.

й 16 (соавторы: Мосталыгин Г.Н., Курдюков З.И., Кудряшов Б.П.).

8. Курдюков В.И., Кудряшов Б.П., Куль A.A., Переладов А.Б. Оптимизация физико-механических параметров высокоструктурного абразивного инструмента для достижения максимальной производительности процесса шлифования //Состояние и перспективы развития технического и программного обеспечения механосборочных производств: Тез.докл.конф. - Ижевск, 1991. - С.32.

Бумага тип Jé I Уч.изд.л. 0,9 Бесплатно

Подписано в печать 27.01.92

Формат 60x84 1/16 Усл.п.л. 1,0

Заказ JS Тираж 100

Курганский машиностроительный институт, корпус Б, ротапринт, г. Курган, ул. Пролетарская, 62.