автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности шлифования за счет контроля режущей способности твердосплавных шарошек с покрытием нитридом титана

Введение.

I. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

1.1. Особенности процесса профильного шлифования, специфика производства и эксплуатации абразивного инструмента, а также твердосплавных шарошек.7.

1.2. Анализ существующих эксплуатационных показателей шарошек.

1.3. Способы, устройства и критерии для оценки работоспособности шарошки.

1.4. Выводы. Цель и задачи исследования.27.

II. Функциональная зависимость критерия затупления от условий правки

IX. 1. Влияние жесткости технологической системы на величину критерия затупления.30.

II 2 Определение степени влияния поперечной подачи на интенсивность затупления шарошки.

II.3.Анализ влияния скорости круга на величину критерия затупления.

П.4.Выводвы.

III. Методика экспериментальных исследований

111.1. Оборудование и оснастка.

III. 2. Контрольно-измерительная система оценки работоспособности шарошки

III.2.1. Измерение скорости абразивного крута и шарошки.

III.3. Методика экспериментальных исследований процесса правки с контролем режущей способности шарошки

III.3.1. Выходные параметры процесса

111.3.2. Выбор измерительной аппаратуры. 63.

111.3.3. Выбор материала, формы и размеров образцов.

Ш.ЗАВыбор абразивного инструмента.

111.3.5.Условия проведения эксперимента.

111.3.6.Порядок проведения экспериментальных исследований.

IV. Результаты экспериментальных исследований и их анализ

IV. 1. Износ твердосплавных шарошек.

Г\Л2.Влияние технологических факторов на величину критических значений критерия затупления.

IV.3.Результаты статистических исследований влияния условий шлифования на величину разброса стойкости шарошки.

IV.4. Изменение критерия затупления во времени.

IV.5. Выводы.

V. Промышленное внедрение и экономическая оценка применения процесса правки с контролем режущей способности твердосплавной шарошки

V. 1 Предпосылки создания измерительной системы для контроля работоспособности твердосплавной шарошки.

V.2 Разработка и создание промышленного образца прибора для оценки режущей способности твердосплавной шарошки.

Одной из важнейших проблем существующего машиностроения в области обработки металлов резанием является проблема разработки новых и совершенствования применяемых технологических процессов, позволяющих получать готовую продукцию мирового качества.

Необходимость ее решения вызвана, во-первых, повышением требований к эксплуатационным свойствам машин и приборов, во-вторых, -снижением затрат на общее производство.

Процесс шлифования - один из наиболее важных элементов технологических процессов обработки деталей, который оказывает большое влияние на качество и точность.

В ряде отраслей машиностроения, и в частности, в турбиностроении, удельный вес парка шлифовальных станков составляет значительную часть, а в инструментальном производстве - около 50 %.

В этих условиях приобретает актуальность дальнейшее изучение улучшения качества шлифования, за счет применения твердосплавных шарошек с износостойким покрытием, в данном конкретном случае нитридом титана.

Для того чтобы управлять процессом шлифования, а также для того, чтобы иметь исходные данные для разработки контрольных систем, оптимизирующих операции шлифования, необходимо знать износ шарошек и время их работоспособности.

Эффективность шлифования неразрывно связана с качеством изготовления шарошек, которая, в основном, определяется физико-механическими свойствами исходных материалов и их объемной структурой.

Работы многих исследовательских и промышленных организаций по исследованию качества шарошек показали, что шарошки, изготовленные из различных материалов, а также шарошки, изготовленные из твердосплавного материала с нанесенным на них покрытием нитрида титана различных толщин, обладают различными эксплуатационными свойствами, т.к. имеют место колебания размеров шарошки, что в конечном итоге влияет на качество профильного шлифования.

Нестабильность припуска и других параметров процесса шлифования, разброс эксплуатационных свойств шлифовальных кругов, шарошек и отсутствие контрольных систем, которые автоматически учитывали бы колебания режущей части шарошки, являются причиной преднамеренного замещения рабочего и подготовительного времени, необходимого для ведения технологического процесса.

Все это ведет к снижению производительности обработки, к увеличению правок, к увеличению количества контрольных операций шарошки, что в конечном результате, приводит к повышению себестоимости изготовляемого продукта.

Поэтому исследования процесса профильного шлифования с контролем режущей части шарошки - актуальная задача.

Изучение этого процесса важно, как с тоски зрения изыскания возможностей повышения точности профильного шлифования, так и позицией надежности работоспособности шарошки, с целью последующей разработки измерительных систем для контроля работоспособности шарошки непосредственно в процессе шлифования.

Настоящая работа посвящена решению указанных задач. Основные исследования проводились на площадях инструментального цеха ОАО Калужский турбинный завод (ОАО КТЗ). Изучению подлежали режущая способность твердосплавных шарошек, обработанных нитридом титана, их износ шероховатость и волнистость обработанной поверхности и т.д.

Результаты проведенных исследований показали, что использование твердосплавных шарошек, обработанных нитридом титана с контролем режущей способности шарошки, наиболее эффективно при чистовом и тонком шлифовании, при этом имеет место сокращение времени на подготовку абразивных кругов к рабочему процессу, увеличение показателей точности и качества.

Итогом работы явилась разработка промышленных рекомендаций по применению процесса профильного шлифования с контролем режущей части шарошек.

В настоящее время процесс внедрен на ОАО КТЗ. Внедрение процесса позволило получить экономический эффект.

I. Состояние вопроса, цель и задачи исследования

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. В работе осуществлен анализ научно-технической литературы, посвященной исследованиям правки, который показал, что эффективность этого процесса в значительной степени зависит от стабильности эксплутационных показателей (стойкости) абразивного инструмента и твердосплавных шарошек определенный разброс которых связан как с особенностями техпроцесса изготовления круга и шарошек так и со специфическими условиями его эксплуатации. Большинство из описываемых в литературе показателей затупления не обладает функциональной связью с процессом правки, а использование созданных на их основе устройств носит ограниченный характер. Наиболее комплексным и перспективным критерием затупления является коэффициент режущей способности, однако полное отсутствие исследований по выявлению взаимосвязи его количественных значений с показателями точности и качества правки не позволяет решить проблему своевременной правки круга.

2. Выполненные теоретические исследования позволили:

- обосновать возможность использования критерия затупления для оценки работоспособности абразивного инструмента; получить расчетные формулы для определения приращений времени обработки и подачи на контрольном этапе цикла правки;

- вывести теоретическую зависимость, характеризующую закон изменеия критерия затупления во времени;

- получить аналитические зависимости для оценки величины приращения критерия затупления при изменении условий обработки;

- на этапе проектирования прогнозировать величину периода стойкости шарошки при изменении условий правки.

3. Для проведения экспериментальных исследований:

- разработано устройство для осуществления автоматической поперечной подачи, позволяющее как плавную, так и ступенчатую ее регулировку;

- создана лабораторная установка для осуществления центрового врезного шлифования с контролем режущей способности абразивного инструмента;

- создана методика для определения величины критерия затупления шарошки на протяжении всего периода его стойкости; разработана методика статистических исследований разброса эксплутационных свойств абразивного инструмента.

4. В результате проведения экспериментальных исследований:

- получена статистическая оценка величины разброса стойкости шлифовальных кругов, изготовленных по единому технологическому маршруту, при работе в одинаковых условиях;

- определены величины критических значений критерия затупления и их эмпирические зависимости от условий обработки для различных материалов и характеристик абразивных кругов;

- установлено, что процесс центрового шлифования с контролем режущей способности шарошки наиболее эффективен в условиях чистовой и тонкой обработки; выполнена экспериментальная проверка полученных теоретических зависимостей, которая подтвердила их достоверность и пригодность для расчетов. Сходимость результатов в пределах 5.9%.

5. Был спроектирован и изготовлен контрольно-измерительный прибор РС-1 для оценки работоспособности абразивного круга непосредственно в процессе шлифования, позволяющий осуществлять правку только по мере фактического затупления шарошки.

6. Использование процесса шлифования с контролем работоспособности правки позволяет повысить производительность, уменьшить расход абразивного и алмазноправящего инструмента в 1,5. 1,8 раза, исключить брак, вызванный прижогами, волнистостью на обработанной поверхности изделия.

7. Материалы выполненной работы переданы для внедрения на промышленные предприятия ОАО КТЗ и ВНИИМЕТ.

1. Адаптивное управление станками./ Под ред. Балакшина Б.С. М.: Машиностроение, 1973, 688 с.

2. Балашов В.Н. Исследование влияния технологических факторов на показатели попутного центрового шлифования. Дис. к.т.н. - М., 1980, 207с.

3. Балашов В.Н., Моргунов Ю.А. Автоматизация цикла правки с учетом режущей способности абразивных кругов. В сб.: Прогрессивные процессы изготовления и сборки автомобиля. - М., 1982, вып. 1, с. 35.

4. Борисов С.И. Исследование процесса круглого врезного шлифования применительно к автоматическому циклу. Дис. к.т.н. - М., 1972, 166 с.

5. Борисов Б.Я., Каморкин А.Н., Казиряцкий И.П. и др. Ав. св. № 526499 СССР, 1977.

6. Васильев A.M. Исследование точности формы деталей при шлифовании в центрах. Дис. к.т.н. - М., 1963, 193 с.

7. Васильев H.H. К вопросу о структуре абразивного инструмента. Абразивы. -М., 1956, вып. 17.

8. Васильев A.M., Левычкин В.Н., Балашов В.Н. Автоматическая правка абразивных кругов алмазными роликами. Механизация и автоматизация производства. - М.,1978, № 3, с 23-24.

9. Васильев A.M., Левычкин В.Н., Балашов В.Н. Формирование рабочей поверхности шлифовального круга при правке его алмазным роликом. -Технология автомобилестроения. М.,1977, №3, с. 17-20.

10. Васильев A.M., Балашов В.Н., Моргунов Ю.А. К вопросу об автоматизации контроля режущей способности абразивного круга при центровом шлифовании. В сб.: машиностроению - прогрессивную технологию и высокое качество деталей. - Тольятти, 1983, с. 71.

11. П.Васильев A.M., Балашов В.Н., Моргунов Ю.А. Проблемы создания приборов для автоматизации правки шлифовальных кругов. В сб.: Механизация и автоматизация ручных и трудоемких операций в промышленности Кузбасса. - Кемерово, 1982, с 53-55.

12. Васильев A.M., Балашов В.Н., Моргунов Ю.А., Левычкин В.Н Устройство для автоматизированной правки шлифовальных кругов. Ав. св. № 806386 СССР.

13. Волский Н.И. Обрабатываемость металлов шлифованием. М. - Л.: Машгиз, 1950, 72 с.

14. Волский Н.И. Обрабатываемость стали шлифованием. Станки и инструмент, 1948, № 7 , с.20-23.

15. Вульф A.M., Мурдасов A.B. Геометрические параметры режущих элементов абразивных зерен шлифовального круга. Абразивы и алмазы, 1968, вып. 1.

16. Турин Ф.В., Клепиков В.Д., Рейн В.В. Технология автотракторостроения . -М.: Машиностроение, 1981, 295 с.

17. Глейзер Л.А. О сущностях процесса шлифования. Дис. к.т.н. - М., 1955.

18. Гульнов Е.П. Исследование механизма взаимодействия твердых частиц, содержащихся в СОЖ, с рабочей поверхностью шлифуемой детали. Дис. к.т.н. - Ульяновск, 1979.

19. ГОСТ 3060-75 Круги шлифовальные. Допустимые неуравновешенные массы и метод их измерения.

20. ГОСТ 18118- 75 Инструмент абразивный. Измерение твердости пескоструйным методом.

21. ГОСТ 2424-75 Круги шлифовальные.

22. Дьяченко П.Е. Шлифовальный круг и его режущая способность. -Оборонгиз, 1939.

23. Евсеев Л.Г., Сальников А.Н. Физические основы процесса шлифования. -Саратов: изд. СГУ, 1978, 129 с.

24. Згоник Н.П. Влияние отжига на свойства инструментов из электрокорунда белого. Абразивы, 1964, вып.1

25. Ипполитов Г.М. Абразивные инструменты и их эксплуатация. М.: Машгиз, 1969, 255 с.

26. Ипполитов Г.М. Абразивно-алмазная обработка. М.: Машиностроение, 1969,335 с.

27. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей. М.: Машиностроение, 1974, 280 с.

28. Корчак С.Н. Прогрессивная технология и автоматизация круглого врезного шлифования. Дис. к.т.н. - М., 1964, 181 с.

29. Кузнецов A.M. Технологические основы создания методов обработки в машиностроении. Дис. к.т.н. - М., 1975, 317 с.

30. Курносов А.Д. и др. Оценка работоспособности шлифовальных кругов, разработанных для АвтоВАЗа взамен импортных. Абразивы, 1976, № 8 , с. 10-16.

31. Королев A.B. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке. СГУ, 1975, 202 с.

32. Кондратов A.C., Старков В.К. Закономерности расположения зерен на рабочей поверхности алмазного круга. В кн.: Внедрение алмазов в промышленность . - М.: Машиностроение, 1967, с. 7-20.

33. Кенджаев Х.Х. Влияние затупления и износа шлифовального круга на производительность и точность при круглом шлифовании. Дис. к.т.н. - М., 1957.

34. Корчак С.Н. Выбор характеристики шлифовального круга. Сб.: Высокопроизводительное шлифование. Изд. АН СССР, 1962.

35. Корчак С.Н. Теоретические основы влияния технологических факторов на ■ повышение производительности шлифования стальных деталей. Дис. д.т.н.- Челябинск, 1971, 372 с.

36. Кузнецов A.M. Оптимизация цикла шлифования путем обеспечения заданной жесткости системы СПИД. Алмазы и сверхтвердые материалы, 1974, № 11.

37. Лурье Г.Б. Шлифование металлов. -М.: Машиностроение, 1974, 280 с.

38. Лурье Г.Б. Некоторые вопросы теории рабочего процесса при круглом шлифовании. Вестник машиностроения, 1954, 106 с.

39. Лурье Г.Б., Полянский П.М. Станки и инструмент, 1962, № 2.

40. Ляпин В.И. Применение магнитной очистки кругов для повышения производительности шлифования ферромагнитных материалов. Дис. к.т.н. -М.,1982, 169 с.

41. Левычкин В.Н. Исследование процесса правки шлифовальных кругов алмазными роликами. Дис. к.т.н. - М.,1976, 165 с.

42. Мазуркевич В.В. Новые процессы обработки резанием. М.: Машиностроение, 1968.

43. Методика статистической обработки эмпирических данных. М., Гос. изд. стандартов, 1963, 100с.

44. Моргунов Ю.А. Прибор для контроля режущей способности шлифовального круга. Информационный листок. -М.: МГЦНТИ, 1983.

45. Моргунов Ю.А. Резервы повышения производительности и экономичности процесса центрового шлифования. Сб.: Машиностроению - прогрессивную технологию и высокое качество деталей. - Тольятти, 1983, с. 71.

46. Михелькевич В.Н. Автоматическое управление шлифованием. М.: Машиностроение, 1975, 304 с.

47. Маталин A.A. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов. Л.: Машиностроение, 1970, 319 с.

48. Михайлов A.A. Исследование влияния технологических факторов шлифования на качество поверхности хромированных деталей. Дис. к.т.н., М., 1954, 194 с.

49. Маслов E.H. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение, 1974, 319с.

50. Наерман М.С. Исследование некоторых вопросов круглого врезного шлифования. Дис. к.т.н., М., 1956, 253 с.

51. Наерман М.С., Лумельский М.А., Ильин А.Н, Алмазная правка шлифовальных кругов. М.: НИИМАШ, 1972, вып. 12, с. 12-31.

52. Неижкаша А.Г. Исследование методики контроля качества шлифовальных кругов по эксплуатационным показателям круглого наружного шлифования.

53. Наерман М.С., Попов С.А. Абразивная и алмазная обработка. М., МДНТП, 1968, с. 78-79.

54. Новоселов Ю.К. Анализ и моделирование пространственно- временного воздействия инструмента и обрабатываемой поверхности при шлифовании с целью повышений эффективности чистовых и отделочных операций. Дис. к.т.н., Барнаул, 1980.

55. Новикова JI.H. Исследование трения и износа материалов в связи с режимами работы и свойствами обрабатываемых сплавов.: Автореферат дис. к.т.н. Киев, 1966.

56. Основы промышленной электроники. / А.Ю. Исаков, А.П. Платонов, B.C. Руденко и др. Киев, 1976, 543 с.

57. Палитц Г., Фукс Г. Взаимосвязь между объемным составом абразивных инструментов их твердостью и структурой. Режущие инструменты, ВИНИТИ, 1968, с. 1-6.

58. Переверзев П.П. Взаимосвязь производительности и точности операций шлифования с интенсивностью затупления кругов из различных абразивных материалов. Дис. к.т.н., Челябинск, 1981, 207 с.

59. Подзей В.А. Исследование тепловых явлений и качества поверхности закаленных сталей при алмазном шлифовании. Дис. к.т.н., М., 1969,-236 с.

60. Попов С.А. Основные вопросы высокопроизводительного шлифования., М.: Машгиз, 1960, с. 30-58.

61. Попов С.А., Малевский Н.П., Терещенко JI.M. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов., М.: Машиностроение, 1977, 263 с.

62. Птичков JI. Блок управления тиристорами. Радио, 1982, № 10, с. 22-24.

63. Паточкин А.Е. Исследование процесса правки кругов алмазной пластиной при автоматическом шлифовании. Дис. к.т.н., М., 1978.

64. Румшинский J1.3. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, 1971, 192 с.

65. Рекомендации по выбору характеристики шлифовального круга и организации абразивной службы. М.: НИИавтопром, 1970.

66. Редько С.Г., Королев A.B. Расположение абразивных зерен на рабочей поверхности шлифовального круга. Станки и инструмент, 1970, №5 , с. 4041.

67. Рахмарова М.С. Механизм процесса резания высокопористыми кругами. -Станки и инструмент, 1952, № 12 , с. 19-20.

68. Сиротин В.П. Исследование влияния строения и конструкции шлифовальных кругов на их режущую способность и качество поверхностного слоя шлифуемых деталей. Дис. к.т.н., Одесса, 1980.

69. Спришевский А.И. Подшипники качения. М.: Машгиз, 1969, 632 с.

70. Соколова JI.C. Влияние рельефа режущей поверхности на процесс шлифования. Дис. к.т.н., М, 1973.

71. Сукенник И.JI. Исследование работоспособности и разработка конструкций алмазных роликов, изготовленных гальваническим методом. Автореферат дис. к.т.н., Киев, 1977, 24 с.

72. Саютин Г.Н. Выбор шлифовальных кругов. М.: Машиностроение, 1970, 64 с.

73. Третьяков И.П., Тимофеев И.И. Обработка машиностроительных материалов алмазным инструментом. М.: Наука, 1966.

74. Филимонов JI.H. Высокоскоростное шлифование. JL: Машиностроение, 1979, 248с.

75. Фещенко В.Н. Исследование процесса правки абразивных кругов алмазными роликами. Дис. к.т.н., JL, 1972.

76. Харченко И.В. Исследование износа абразивов при шлифовании авиационных титановых сплавов. Дис. к.т.н., Киев, 1974.

77. Худобин J1.B. Исследование процесса шлифования с целью повышения его эффективности. Дис. к.т.н., Ульяновск, 1968.

78. Худобин JI.B. Анализ геометрии абразивного зерна. Сб. Научных трудов ( УПИ),1966, вып. 1,с. 6-20.

79. Худобин JT.B. Смазочно-охлаждающие средства, применяемые при шлифовании. М.: Машиностроение, 1971, 214 с.

80. Хусу А.П., Витенберг Ю.Г., Пальмов В.А. Шероховатость поверхностей. -М.: Наука, 1975,344 с.

81. Цува X. Оценка характеристики шлифовальных кругов по режущим кромкам абразивных зерен.

82. Ящерин П.И., Жалнерович Е.А. Шлифование металлов. Минск: Беларусь, 1963,356 с.

83. Якимов A.B. Оптимизация процесса шлифования. М.: Машиностроение, 1975, 176 с.

84. Ящерин П.И. и др. Тепловые явления при шлифовании и свойства обработанных поверхностей. Минск: Наука и техника, 1973, 184 с.

85. Ящерин П.И. Повышение эксплуатационных свойств шлифованных поверхностей. Минск, 1966.

86. Описание работы тиристорного привода Блок регулирования

87. Блок регулирования состоит из управляемого тиристорного выпрямителя с фазоимпульсным управлением. Тиристоры включены в плечо зыпрямительного моста и служат для преобразования переменного напряжения в регулируемое выпрямленное.

88. Пилообразное напряжения с интегрирующей цепочки поступает на не инвертирующий вход компаратора, выполненного на операционном усилителе Аг.

89. На инвертирующий вход операционного усилителя подается напряжение с делителя, образованного резисторами1. Р. 5-1*7 .

90. При превышении на инвертирующем входе напряжения с делителя происходит срабатывание компаратора и на его выходе появляется выходное напряжение.

91. Спад пилообразного напряжения вызывает возврат компаратора в исходное состояние.

92. От положения движка резистора Иб зависит фаза фронта прямоугольных выходных импульсов, а спад формируется нулевым уровнем напряжения сети. Резистор Иб позволяет регулировать угол открытия тиристоров.

93. Сигнал с выхода компаратора в видепродифферинцированных и смещаемых по фазе коротких положительных импульсов поступает на усилитель мощности

94. Vu, V12 , выполненный по схеме составного транзистора, в коллекторную цепь которого включены первичные обмотки импульсных трансформаторов (вторичные обмотки управляют тиристорами).

95. Таким образом, производится управление импульсами по фазе, блокирование импульсов в следующей полупериода производится использованием свойств стабилитрона.

96. В этом случае стабилитрон работает на прямой ветви вольтамперной характеристики.