автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности совмещенного шлифования с применением СОЖ путем термостабилизации зоны обработки

На правах рукописи

РГБ ОД

а г рк.?

КОВАЛЬНОГОВ ВЛАДИСЛАВ НИКОЛАЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОВМЕЩЁННОГО ШЛИФОВАНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ СОЖ ПУТЁМ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ЗОНЫ ОБРАБОТКИ

Специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки 05.02.08 - Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Ульяновск, 2000

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Ульяновского государственного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Е.С. КИСЕЛЁВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

А.Н. САЛЬНИКОВ

кандидат технических наук А.Р. ГИСМЕТУЛИН

Ведущее предприятие: АО "Волжские моторы" (г. Ульяновск)

Защита диссертации состоится декабря 2000 г. в заседании

диссертационного совета К064.21.02 в первом корпусе Ульяновского государственного технического университета по адресу: г. Ульяновск, ул. Энгельса, 3 (почтовый адрес: 432700, ГСП, г. Ульяновск, ул. Северный Венец, 32).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке УлГТУ.

Автореферат разослан " ноября 2000 г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор В.Ф. Гурьянихш

<631,3-15,21,0

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из основных тенденций развития техноло-ии шлифования, особенно в крупносерийном и массовом производстве, явля-гся совмещение во времени обработки нескольких поверхностей заготовки в гремлении обработать всю заготовку за один её установ. Совмещённое шли-ювание нескольких поверхностей заготовки обеспечивает высокую точность х взаимного положения, существенное повышение производительности, сни-сение себестоимости деталей, сокращение количества используемого оборудо-ания, производственных площадей и обслуживающего персонала.

Вследствие большой площади контактного взаимодействия шлифоваль-юго круга (кругов) с поверхностью заготовки процессы совмещённого шлифо-¡ания отличаются интенсивным и неравномерным по зоне контакта теплообра-ованием. При этом наиболее теплонапряжённым участкам зоны контакта, как фавило, соответствуют рабочие поверхности круга (кругов) с большей степе-гью и темпом засаливания и износа абразивных зёрен, а период стойкости нлифовального круга на операциях совмещённого шлифования часто лимити->уется появлением нрижогов и микротрещин лишь на одной из одновременно збрабатываемых поверхностей заготовки. Необходимость в частой правке кру-~ов для восстановления их работоспособности на "лимитирующих" поверхностях приводит к повышенному расходу дорогостоящих шлифовальных кругов и зравящих инструментов, а также ограничивает производительность совмещённого шлифования.

Радикальным средством снижения теплосиловой напряжённости в контактных зонах шлифования, обеспечивающим возможность увеличения производительности обработки, периода стойкости абразивного инструмента и оказывающим позитивное влияние на формирование качества поверхностного слоя шлифованных деталей, является применение высокоэффективных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и совершенствование техники их подачи в зону обработки.

Учитывая изложенное, важным резервом совершенствования технологии совмещённого шлифования заготовок является термостабилизация зоны обработки за счёт увеличения расхода СОЖ через наиболее теплонапряжённые ("лимитирующие") участки. Поэтому тема работы, направленная на реализацию этого резерва, является актуальной.

Работа выполнена в рамках госбюджетной программы министерства образования РФ ПТ 451.3 "Разработка и исследование новых малоотходных технологических методов повышения работоспособности инструмента для механической обработки деталей автомобиля".

Автор защищает: 1. Результаты теоретико-экспериментальных исследований - математическую модель теплового взаимодействия шлифовального круга и заготовки при совмещённом шлифовании с учётом влияния СОЖ и параметров техники её подачи.

2. Результаты теоретико-экспериментального исследования фильтрации СОЖ в поровом пространстве шлифовального круга под действием ультразвуковых колебаний (УЗК).

3. Результаты математического моделирования трёхмерных температурных полей в шлифовальном круге и заготовке при совмещённом торцекруглом и двухкруговом шлифовании ступенчатых валов с подачей СОЖ разными способами. Рекомендации по термостабилизации процессов совмещённого шлифования заготовок путём применения новых ультразвуковых (УЗ) устройств подачи СОЖ

4. Результаты исследования технологической эффективности новой УЗ техники подачи СОЖ с амплитудно-модулированным (АМ) сигналом в зоны совмещённого шлифования заготовок и непрерывной правки шлифовальных кругов.

Цель работы: повышение эффективности операций совмещённого шлифования заготовок путём термостабилизации зоны обработки за счёт подвода СОЖ к наиболее теплонапряжённым участкам.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:

1. Дано математическое описание и разработана методика расчёта температурных полей в шлифовальном круге и заготовке при торцекруглом и двухкруговом шлифовании ступенчатых валов с учётом реальной формы контактирующих объектов, а также влияния СОЖ и способа её подачи.

2. Впервые получены значения коэффициентов гидравлического сопротивления фильтрации СОЖ в поровом пространстве шлифовальных кругов под действием УЗК с различными параметрами, в том числе амплитудно-модулированных.

3. На основе моделирования тепловых процессов на ЭВМ разработаны рекомендации по выбору параметров используемого в устройствах подачи СОЖ УЗ сигнала, обеспечивающих термостабилизацию процесса совмещённого шлифования.

4. Экспериментально исследовано влияние новых УЗ устройств на производительность совмещённого шлифования, качество обработанных деталей и период стойкости шлифовальных кругов.

5. Апробированы основные результаты научных исследований путем опытно-промышленных испытаний УЗ техники подачи СОЖ в производстве АО "Автодизель" (г. Ярославль) и АО "Автодетальсервис" (г. Ульяновск).

Научная новизна. Получена теоретически и экспериментально проверена тематическая модель теплового взаимодействия шлифовального круга и за-говки при совмещённом шлифовании с учётом влияния СОЖ и параметров хники её подачи.

Разработана и реализована в программах для персонального компьютера ггодика расчёта температурных полей в заготовке и шлифовальном круге при рцекруглом и двухкруговом шлифовании ступенчатых валов, учитывающая альную форму контактирующих объектов, а также влияние СОЖ и способа подачи.

Разработаны новые способы подачи СОЖ, обеспечивающие эффективное транспортирование в зоны совмещённого шлифования заготовок и термоста-шизацию процесса.

Практическая ценность и реализация работы. Разработанные методи-и программный пакет дают возможность моделировать тепловое состояние «тактирующих при совмещённом шлифовании объектов с учётом их реаль->й формы, элементов режима обработки, влияния СОЖ и параметров техники подачи. Это позволяет выявить (локализовать) "лимитирующие" участки зо-,1 совмещённого шлифования, а также достаточно быстро и с необходимой ^гостью осуществлять вариантные расчёты и в конечном итоге выбирать оп-[мальные параметры техники подачи СОЖ.

Впервые получены значения коэффициентов гидравлического сопротив-:ния фильтрации СОЖ в поровом пространстве круга под действием АМ УЗК, )Зволяющие рассчитать расход СОЖ через поры круга и через зону совме-ённого шлифования.

Предложены и защищены патентами РФ № 2151044, № 2152297 новые юсобы подачи СОЖ и конструкция УЗ насадка для подачи СОЖ (патент РФ > 2146601), применение которых обеспечивает увеличение периода стойкости лифовального круга до 4 раз по сравнению с подачей СОЖ поливом.

Проведены опытно-промышленные испытания новых УЗ устройств пода-1 СОЖ в цехах АО "Автодизель" (г. Ярославль) и АО "Автодетальсервис" (г. льяновск). Расчётный годовой экономический эффект от внедрения этих уст-эйств на АО "Автодизель" составил (в ценах 2000 г.) 220,1 тыс. руб. на один ганок.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на научно-жнических конференциях (НТК) Ульяновского государственного техническо-) университета (УлГТУ) в 1998 - 2000 гг.; Всероссийской НТК "Повышение ]зфективности механообработки на основе аналитического и эксперименталь-ого моделирования процессов", г. Рыбинск, 1999 г.; международной НТК Состояние и перспективы развития электротехнологии (IX Бенардосовские гения)", г. Иваново, 1999 г.; международной НТК "Процессы абразивной об-аботки. Абразивные инструменты и материалы", г. Волжский в 1999 - 2000

гг.; международной НТК "Автотракторостроение. Промышленность и высша школа", г. Москва, 1999 г.; международной научно-практической конференщп (НПК) "Теоретические, конструкторско-технологические, организационны проблемы и обеспечение качества при создании и освоении новых изделий Технология, инновация, качество - 99", г. Казань, 1999 г.; Всероссийской НШ "Современные технологии в машиностроении", г. Пенза, 1999 г.; IV Минско? международном форуме по тепломассообмену, г. Минск, 2000 г.; международ ном научном симпозиуме "Приоритеты развития отечественного автотракторо строения и подготовки кадров", г. Москва, 2000 г.; Всероссийской НТК "Теп лофизика технологических процессов", г. Рыбинск, 2000 г; научно-технически: семинарах кафедр "Технология машиностроения" и "Металлорежущие станки 1 инструменты" УлГТУ в 2000 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе ! патента РФ на изобретения.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пял глав, заключения, списка литературы (161 наименование) и приложений ('1\ страниц), включает 244 страницы машинописного текста, 77 рисунков и 11 таб лиц.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована аюуальность работы, её практическая значи мость, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведён обзор научно-технической информации о со временной технологии совмещённого шлифования заготовок. Дан анализ осс бенностей теплосилового взаимодействия объектов, контактирующих при сс вмещённом шлифовании, и его влияния на формирование качества шлифовал ных деталей. Установлено, что повышение эффективности операций совме щённого шлифования заготовок связано с необходимостью дополнительног анализа механизмов возникновения неравномерной тепловой напряжённости зоне обработки с целью выявления эффективных путей и средств устранени или минимизации разности температур на разных участках зоны обработки.

Выполнен анализ существующих методик расчёта тепловой напряжение ста в зоне шлифования. Отмечено, что получение достоверной количественно оценки контактных температур и теплового состояния контактирующих объе! тов обеспечивают те из них, которые основаны на совместном решении дифф( ренциальных уравнений теплопроводности каждого из объектов с общим гр: ничным условием в зоне контакта. Это позволяет отказаться от использования расчётах данных о распределении тепловых потоков между взаимодействуй щими объектами (долях теплоты, отводимых в каждый из них), количественны значения которых в разных источниках отличаются в несколько раз.

Установлено, что наиболее полную реализацию функциональных свойств ЮЖ в зоне совмещённого шлифования обеспечивает УЗ техника подачи СОЖ торцовым поверхностям шлифовального круга через клиновые полуоткрытые ¡асадки. Во многих случаях применение УЗ устройств подачи СОЖ обеспечи-ает выравнивание тепловой напряжённости на разных участках зоны совмещённого шлифования. Выявлены резервы совершенствования УЗ техники по-;ачи СОЖ путём оптимизации формы и параметров используемого УЗ сигнала.

В заключительном параграфе главы сформулированы цель и задачи рабо-ы, приведённые выше.

Вторая глава посвящена моделированию тепловых процессов при со-мещённом шлифовании заготовок с применением различных способов и тех-[ики подачи СОЖ. Структура предлагаемой математической модели теплового заимодействия контактирующих при совмещённом шлифовании объектов со-(ержит одно или несколько (в зависимости от числа кругов в наладке) диффе-«нциальных уравнений теплопроводности шлифовального круга, дифферен-доальное уравнение теплопроводности заготовки, а также геометрические, фи-ические, начальные и граничные условия однозначности.

Применительно к нестационарному трёхмерному температурному nomo (ифференциальное уравнение теплопроводности шлифовального круга в ци-[индрической системе координат {гк, срк, хк), вращающейся вместе с кругом с тловой скоростью wK, имеет вид

дт дгк у 8rK) rK дгк r¿ ЭрД д<рк) ^^

д (чэф дТ~] ( ВТ дТ v дТ )

дхк У дхк) у дгк 8хк гк д<рк)

•де р^ = [(l -П)-рк + Л • рп\ - эффективная плотность круга, кг/м3;

=[(l-//)-cK +П-сп] - эффективная удельная теплоёмкость круга, }ж/(кг-К); 77 - объёмная пористость шлифовального круга; Т - температура, К; г - время, с; Л^ = [(l - #)• Лк + П ■ Лп ] - эффективная теплопроводность круга, 5т/(м-К); Лю рк, ск - соответственно теплопроводность (Вт/(м-К)), плотность кг/м3)

и удельная теплоёмкость (Дж/(кг-К)) двухкомпононтной системы 'связка - абразив"; Л„, р„, с„ — то же содержимого пор круга (воздуха или ЮЖ); рж, сж - соответственно плотность (кг/м3) и удельная теплоёмкость Дж/(кг-К)) СОЖ; vr, vx, и(р - соответственно радиальная, осевая и окружная со-;тавляющис скорости фильтрации СОЖ в поровом пространстве вращающего-:я шлифовального круга, м/с.

Последнее слагаемое уравнения (1) учитывает охлаждение пористого шлифовального круга за счёт отвода теплоты в фильтрующуюся сквозь поры СОЖ при подаче её по внутренним трактам.

Дифференциальное уравнение теплопроводности заготовки в цилиндрической системе координат {г3, <р3, х3}, вращающейся вместе с заготовкой с угловой скоростью а>3, имеет вид

дТ д I „ дТ Р-, 'С-,--=- Л,--

Р' 3 дг агД 1 дг3/

\

дг, + -2

г. дТ) 8 Л3-~—1 + -

дср3) 8х3

дТ_ дх,

а

,з д<р3

где с3, р3, Л3 - соответственно удельная теплоёмкость (Дж/(кг-К)), плотность (кг/м3) и теплопроводность (Вт/(мК)) материала заготовки.

Физические условия однозначности определяют теплофизические свойства взаимодействующих объектов и задаются в виде

X* = = р1Ф (ТУ, 4Ф = с? (Г); = (Г); р3 = р3 (Г); с3 =с3(Г).(3]

Начальные условия однозначности определяют температурные поля контактирующих объектов в начальный момент времени (г= 0). Температуру заготовки и шлифовального круга (кругов) в начальный момент времени приняли равной температуре окружающей ереды 3}.

Граничное условие в зонах контактного взаимодействия шлифовального круга с заготовкой задали в виде

дТ'

Л1Ф-

N ГагЛ

+ Л3 ■

Уп -0

+ Чж - Чвыд >

(4)

где пк, п3 - нормаль к рабочей поверхности круга и поверхности заготовки соответственно, м; цж — поверхностная плотность теплового потока, затрачиваемого на нагрев и парообразование СОЖ в зоне контакта, Вт/м2; - поверхностная плотность теплового потока, выделившегося в зоне контакта, Вт/м2.

Поверхностные плотности теплового потока деы() и дж определяются со-ответствешю зависимостями

Р. (а>к ^к±о),-(1,)

» _ 1 \ К К_3 3 /«

Чвыд ~ 2 ' ^

<Т-Т.)

^ж * ^ло

приг^г;,

(6)

при Т>Т3,

где Рг - касательная составляющая силы шлифования, Н; с!3, с!к - соответственно диаметр заготовки и шлифовального круга, м; £ - фактическая площадь зоны контакта, м2; сж, с,1Ж - соответственно удельная теплоёмкость СОЖ и сё пара,

с ^ \Т 7"* )

</(кг-К); Ож, Опж=———-—, - соответственно массовый расход

Ж и её пара через зону шлифования, кг/с, г - удельная теплота парообразо-:ия СОЖ, Дж/кг; Г5 - температура насыщения СОЖ, К; 7/ - температура по-:а СОЖ, К.

Граничное условие на поверхности посадочного отверстия шлифовально-круга имеет вид

57"л

дгк;

= 0, (7)

; - диаметр посадочного отверстия круга, м.

На свободных поверхностях шлифовального круга задали граничное ус-¡ие теплообмена с окружающей средой

(8)

\дпк;

п..= О

гл

; ак - местный коэффициент теплоотдачи к поверхности круга, Вт/(м -К); - температура потока охладителя (воздуха или СОЖ), К.

Аналогичное граничное условие задали на свободных поверхностях заго-

;КИ

-Я,

'дТN

8п*;п„=о

= a3-(T-Tf), (9)

! а, - местный коэффициент теплоотдачи к поверхности заготовки,

Как видно из постановки задачи, для расчёта температурных полей в ифовалыгом круге и заготовке необходимо помимо информации о теплофи-[еских свойствах взаимодействующих объектов иметь значения касательной гтавляющей силы шлифования, массового расхода СОЖ через зону шлифо-гия и коэффициентов теплоотдачи. При подаче СОЖ сквозь поровое про-1анство круга кроме этого необходимо знать составляющие скорости фильт-цш СОЖ.

Значения касательной составляющей силы шлифования при совмещён-л торцекруглом и двухкруговом шлифовании заготовок с подачей СОЖ раз-ми способами рассчитывали по регрессионным зависимостям, полученным в ie экспериментального исследования силового взаимодействия контакти-ощих при совмещённом шлифовании объектов.

Коэффициенты теплоотдачи от воздуха и жидкости к поверхностям заго-¡ки и шлифовального круга рассчитывали по методике A.B. Болгарского, L Мухачёва и В.К. Щукина.

Массовый расход СОЖ через зону совмещённого шлифования при подаче поливом определяли по данным JI.B. Худобина. При подаче СОЖ сквозь по-

ровое пространство шлифовального круга массовый расход СОЖ через едиш цу высоты круга Сж определяется из уравнения, полученного Е.С. Киселёвым;

«« -Mx-i'L-d,,)

+

Рж

Рн ' ^н Ратм

G | PuMdJdH) (2-лг-ржУ

„ _ 16 - рж ■ Я • fcly ■ {dl ~dl)

•d.

2 2

где ав - вязкостный коэффициент гидравлического сопротивления фильтраци СОЖ, м2; Мж ~ динамическая вязкость СОЖ, Па-с; fiu - инерциошшй коэфф> циент гидравлического сопротивления фильтрации СОЖ, м"1; dH- диаметр pat положения насадка для подачи СОЖ, м; р„ - давление СОЖ на выходе из т садка, Па;ратм~ атмосферное давление, Па.

Для практического использования уравнения (10) необходимы численны значения вязкостного ав и инерционного ¡Зи коэффициентов гидравлическог сопротивления, которые в зависимости от условий фильтрации изменяются широких диапазонах. Аналитической оценке значения этих коэффициентов н поддаются, поэтому для их получения была разработана экспериментальная ус тановка (рис. 1) и предприняты специальные теоретико-экспериментальные ис следования.

сож

Рис. 1. Схема установк для исследования фильтраци СОЖ в порах абразивног бруска под действием УЗК: 1 насадок для подачи СОЖ; 2 абразивный брусок (пористы элемент); 3 - мерный цилиндр

Численные значения коэффициентов ав и Д, (табл. 1) получали из реш< ния уравнения движения СОЖ в пористом элементе 2 экспериментальной уст; новки по измеренному в опытах массовому расходу жидкости через этот эл( мент при различных параметрах УЗ сигнала (варьировали амплитудой мехаш ческих колебаний торца насадка и глубиной амплитудной модуляции). Уст! новлено, что наложение УЗК позволяет до 10 раз увеличить массовый расхс

жидкости через поры, наибольший эффект отмечен при наложении АМ колебаний с глубиной модуляции 99 %.

1. Коэффициенты гидравлического сопротивления

Условия фильтрации СОЖ ае, м'2 Рш м"'

Без наложения УЗК 1,69-Ю12 1,96-Ю10

С наложением УЗК 3,48-10и 2,25-109

С наложением АМ УЗК 2,85-Ю11 1,66-109

Невозможность априорного определения слагаемых в левой части уравнения (4), а также необходимость учитывать изменение тепло физических свойств взаимодействующих объектов в зависимости от температуры затрудняют точное аналитическое определение теплового состояния шлифовального круга и заготовки, поэтому решите системы дифференциальных уравнений (1), (2) отыскивали численным методом, базирующимся на явной разностной схеме. Разработаны методика и алгоритм численного расчёта по предлагаемой модели. Сформулированы условия, при которых обеспечивается сходимость и устойчивость численного решения. Методика и алгоритм расчёта реализованы в программах для персонального компьютера.

Адекватность предложенных моделей и правильность выбора граничных условий однозначности подтверждена удовлетворительным согласованием результатов численных расчётов с экспериментальными данными.

В третьей главе изложена методика проведения экспериментальных исследований теплосиловой напряжённости и технологической эффективности совмещённого шлифования с УЗ техникой подачи СОЖ. Методика разработана с целью получения исходных данных для теплового расчёта процессов совмещённого шлифования заготовок с использованием полученных в главе 2 математических моделей; получения экспериментальных данных для проверки адекватности этих моделей; выявления эффективности УЗ техники подачи СОЖ с модулированным сигналом на операциях совмещённого шлифования заготовок.

Здесь же приведены результаты метрологического анализа и методика статистической обработки результатов эксперимента.

В четвёртой главе представлены результаты численного моделирования тепловой напряжённости совмещённого торцекруглого (рис. 2, а) и двухкруго-вого (рис. 2, б) шлифования ступенчатых валов с подачей СОЖ разными способами. Анализ этих результатов (рис. 3, 4) показал, что при торцекруглом шлифовании наиболее теплонапряжённой в большинстве случаев оказывается зона обработки торца заготовки, при двухкруговом - зона обработки шейки большего диаметра.

Рис. 2. Схемы процессов совмещённого торцскруглого (а) и двухкругово-го (б) шлифования ступенчатого вала: 1 - шлифовальный круг; 2 - заготовка

Рис. 3. Установившееся температурное поле в сечениях Б-Б и В-В (см. рис. 2, б) заготовки из стали 45 при двухкруговом шлифовании кругами 24А16НС17К5 с подачей СОЖ (3 % Укринол-1М) поливом (а), одновременно поливом и к торцу левого круга без УЗК (б), с УЗК (в) и с AM УЗК (г): l\ = h~ = /з = 20 мм; d31 = 60 мм; d32 = 50 мм; d3i = 40 мм; сок = 174 рад/с; <о3 = 25 рад/с; v, = 0,9 мм/мин

1250К

295К /

а)

295К /

б)

295К /

В)

295К /

SOOK 870К

950К 900К 800К 600К

800К 870К

Рис. 4. Установившееся распределение температуры в продольном и поперечном (А-А) сечениях (см. рис. 2, а) заготовки из стали 40Х при торцекруглом шлифовании кругом 14А16НС17К11 с подачей СОЖ (3 % Укринол-1М) поливом (а), одновременно поливом и к торцу круга без УЗК (б), с УЗК (в) и АМ УЗК (г): h = 12 = 25 мм; d3\ = 60 мм; d32 = 40 мм; о)к = 174 рад/с; а>3 = 35 рад/с; v, = 0,55 мм/мин; а = 45°

Применение УЗ техники подачи СОЖ позволяет заметно снизить тепло-ую напряжённость в зоне совмещённого шлифования и сократить разность емператур на разных её участках. Наилучшие результаты обеспечивает при-[енение в УЗ устройствах АМ сигнала.

Сопоставление результатов численного расчёта с экспериментальными ;анными показало (рис. 5), что максимальное расхождение между ними не пре-ышает 10 % и находится в пределах погрешности эксперимента. Таким обра-ом, выполненные исследования обеспечивают возможность количественной ценки контактных температур в зонах совмещённого шлифования без прове-¡ения экспериментов путём использования предложенных моделей, алгоритмов [ пакетов программ.

1200 К

| 900 Т

К

600 300

□ эксперимент Ш расчёт

Рис. 5. Контактная температура Тк при совмещённом торцекруглом шли фовании с подачей СОЖ: 1 - поливом; 2 - одновременно поливом и к торц) круга без УЗК; 3 - то же с УЗК; 4 - то же с АМ УЗК. Круг 14Л16НС17К11; ма териал заготовки - сталь 40Х; СОЖ - 3 % Укринол-1М; режим шлифования ик = 50 м/с; v3 = 50 м/мин; V, = 0,55 мм/мин; а - 10°

На основе исследований фильтрации СОЖ под действием УЗК и результатов численного моделирования тепловой напряжённости совмещённого шли фования предложены новые способы и устройства подачи СОЖ (патенты РС №№ 2146601,2151044, 2152297).

Вторая часть четвёртой главы посвящена экспериментальному исслсдо ванию технологической эффективности новых устройств подачи СОЖ с ампли тудно-модулированным УЗ сигналом на операциях совмещённого шлифования Установлено, что по сравнению с подачей СОЖ поливом примените новьр устройств обеспечивает увеличение периода стойкости круга до 4,5 раз, открывает возможности интенсификации режима обработки до 1,5 - 2,0 раз при сохранении или улучшении качества шлифованных деталей (рис. 6). Рациональный выбор параметров УЗ сигнала, используемого в устройствах подачи СОЖ позволяет до 3,6 раза увеличить период стойкости шлифовального круга. Н; рис. 7 в качестве масштаба выбран - период стойкости при подаче СОЖ бе: наложения УЗК. При подаче СОЖ поливом шлифование без прижогов на торцовой поверхности заготовок оказалось невозможным.

Выполненные по результатам эксперимента расчёты показали, что пс сравнению с подачей СОЖ поливом применение УЗ техники подачи СОЖ с АМ сигналом позволяет в 2,00 - 2,17 раза сократить машинное время при одновременном увеличении периода стойкости круга на (64 - 69) % и обеспечен!» требуемого качества шлифованной поверхности по критерию Яа.

В пятой главе приведены основные результаты опытно-промышленны? испытаний новых УЗ устройств подачи СОЖ в производстве АО "Автодизель' (г. Ярославль) и АО "Автодетальсервис" (г. Ульяновск).

т

д.

0,30 мкм 0,20 0,15 0,10

"М-"'

Л г

Й Г' \ 2

Г

5

мин

т3

г 2

1 с

1 о

\ X

\\ <

—< -4 ^ !

0,3 0,5 0,7 мм/мин 1,1

V, -»

а)

0,3 0,5 0,7 мм/мии 1,1

V, б)

Рис. 6. Влияние скорости врезной подачи шлифовального круга гн на па-эаметр Яа шероховатости шлифованной поверхности (а) и период стойкости шшфовалыюго круга тс (б) при совмещённом торцекруглом шлифовании: 1 -юдача СОЖ поливом; 2 - одновременно поливом и к торцу круга с УЗК; 3 - то «е с АМ УЗК. Остальные условия см. в надписи к рис. 5

В.

ту

гс0

3 6 А,мкм —»

Рис. 7. Влияние амплитуды колебаний торца насадка А и глубины амплитудной модуляции Вм на относительный период стойкости тс/тс0 шлифовального круга при совмещённом торцекруглом шлифовании: тсо - период стойкости при подаче СОЖ без УЗК; V, = 0,75 мм/мин; остальные условия см. в надписи к рис. 5

Испытания показали достаточно высокую эффективность и надёжность предлагаемых устройств. Их применение позволило при неизменном режиме обработки и сохранении качества шлифованных деталей в первом случае сократить количество импульсов правки, осуществляемой в цикле шлифования, с 20 до 13; во втором - вдвое увеличить период стойкости шлифовального круга.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения на операции совмещённого шлифования шейки под венец и торца вала первичного в производстве АО "Автодетальсервис" составляет 74140 руб. на один станок; на операции совмещённого шлифования 5-й коренной шейки и торцов коленвала в производстве АО "Автодизель" - 220108 руб. на один станок.

3. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

На основе выполненных теоретико-экспериментальных исследований в области технологии совмещённого шлифования заготовок с применением СОЖ получены следующие научные выводы и практические результаты:

1. Разработаны математические модели и методика численного расчёта теплового взаимодействия шлифовального круга и заготовки при совмещённом шлифовании с учётом реальной формы контактирующих объектов и параметров техники подачи СОЖ.

2. Впервые получены значения вязкостного и инерционного коэффициентов гидравлического сопротивления фильтрации СОЖ в поровом пространстве шлифовального круга под действием УЗК с разными параметрами. Установлено, что использование в устройствах подачи СОЖ АМ УЗ сигнала обеспечивает наибольшее снижение сопротивления фильтрации жидкости и увеличение её массового расхода через поры шлифовального круга.

3. Теоретически и экспериментально показана возможность стабилизации теплосиловой напряжённости в зонах совмещёшюго шлифования путём использования УЗ техники подачи СОЖ к торцам шлифовального круга. По сравнению с подачей СОЖ поливом применение УЗ техники с АМ сигналом обеспечивает снижение контактной температуры на (25 - 30) %, составляющих силы шлифования на (30 - 40) %. Наибольшее снижение теплосиловой напряжённости зафиксировано при использовании в УЗ устройствах сигнала с глубиной амплитудной модуляции 99 %, обеспечивающего колебания торца насадка с амплитудой 12 мкм.

4. Установлено, что по сравнению с подачей СОЖ поливом применение УЗ техники подачи СОЖ с АМ ультразвуковым сигналом позволяет в 2,00 -2,17 раза сократить машинное время при одновременном увеличении периода стойкости круга на (64 - 69) % и обеспечении требуемого качества шлифованной поверхности. Использование УЗ техники подачи СОЖ с АМ сигналом позволяет до 2 раз увеличить скорость врезной подачи шлифовального круга при отсутствии прижогов на шлифованной поверхности. Рациональный выбор параметров УЗ сигнала, используемого в устройствах подачи СОЖ, позволяет до 3,6 раза увеличить период стойкости шлифовального круга по сравнению с подачей СОЖ без наложения УЗ колебаний. Применение УЗ техники подачи

ОЖ в зону непрерывной правки шлифовального круга позволяет на 20 % со-эатить расход дорогостоящих абразивных кругов и правящих инструментов.

5. Результаты исследований подтверждены опытно-промышленными ис-ытаниями. Устройства для подачи СОЖ к торну круга с наложением УЗ коле-ший рекомендованы к внедрению на ряде операций в цехах АО "Автодизель" . Ярославль) и АО "Автодетальсервис" (г. Ульяновск).

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Ковалыюгов В.Н. Технологические возможности совмещённого шли-ования и экспериментальные установки для его исследования //Тезисы докла-зв XXXII научно-технической конференции. Ч. 3. Ульяновск: УлГТУ, 1998. С. 5-16.

2. Киселёв Е.С., Ковалыюгов В.Н. Математическая модель тепловых юцсссов при совмещённом шлифовании заготовок //Современные технологии машиностроении: сборник материалов научно-практической конференции, енза: ПТУ, 1999. С. 77-79.

3. Киселёв Е.С., Ковальногов В.Н. О повышении эффективности много-зугового совмещённого шлифования //Энергосбережение. Вып. № 1, 1999. С. 5-97.

4. Киселёв Е.С., Унянин А.Н., Ковальногов В.Н. О повышении эффектности операций совмещённого шлифования заготовок //Материалы между-фодной научно-практической конференции "Теоретические, конструкторско-:хнологические, организационные проблемы и обеспечение качества при соз-шии и освоении новых изделий: Технология, инновация, качество - 99". Ка-1нь: КГУ, 1999. С. 167-170.

5. Киселёв Е.С., Ковальногов В.Н. Трёхмерное моделирование теплового ;аимодействия контактирующих объектов при совмещённом шлифовании заковок //Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции 1овышение эффективности механообработки на основе аналитического и экс-фиментального моделирования процессов". Ч. 1. Рыбинск: РГАТА, 1999. С. >-63.

6. Киселёв Е.С., Унянин А.Н., Ковальногов В.Н. Новая ультразвуковая :хника подачи СОЖ при совмещённом шлифовании заготовок деталей авто-обилей //Тезисы докладов XXVII научно-технической конференции \втотракторостроение. Промышленность и высшая школа". Москва: МАМИ, т. С. 36-37.

7. Киселёв Е.С., Унянин А.Н., Ковалыюгов В.Н. Теплосиловая напря-ённость совмещённого шлифования с УЗ-техникой подачи СОЖ //Сборшпс )удов международной научно-технической конференции "Процессы абразив-эй обработки. Абразивные инструменты и материалы: Шлифабразив - 99". олжский: ВИСИ, 1999. С. 199-203.

Ii

8. Унянин A.H., Ковальногов В.Н. Эффективность ультразвуковой техники подачи СОЖ с использованием сигналов различной формы и амшштудь //Тезисы докладов международной научно-технической конференцш "Состояние и перспективы развития электротехнологии" (IX Бенардосовскш чтения). Иваново: ИГЭУ, 1999. С. 354.

9. Киселёв Е.С., Ковальногов В.Н. Влияние параметров ультразвуково! техники подачи СОЖ на теплонапряжённость шлифования заготово! //Теплофизика технологических процессов. Тезисы докладов X Всероссийское научно-технической конференции. Ч. 1. Рыбинск: РГАТА, 2000. С. 50 - 51.

10. Киселёв Е.С., Ковальногов В.Н. Моделирование теплового состоянш контактирующих объектов при совмещённом шлифовании с применениек СОЖ //Труды IV Минского международного форума по тепломассообмену Том 3. Теплопроводность и задачи оптимизации теплообмена. Минск: Изд-вс АНК "ИТМО им. A.B. Лыкова" НАНБ, 2000. С. 359 - 363.

11. Киселёв Е.С., Унянин А.Н., Ковальногов В.Н. Использование мало мощной УЗ-техники подачи СОЖ при совмещённом шлифовании заготовок де талей автомобилей //Тезисы докладов международного научного симпозиум; "Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовю кадров". Москва: МАМИ, 2000. С. 48 - 50.

12. Киселёв Е.С., Ковальногов В.Н., Тулисов А.Н. Эффективность шли фования заготовок деталей автомобилей с непрерывной правкой шлифовапь ных кругов //Тезисы докладов международного научного симпозиум; "Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовю кадров". Москва: МАМИ, 2000. С. 50 - 51.

13. Киселёв Е.С., Ковальногов В.Н. СОЖ как средство термостабилиза ции процесса совмещённого шлифования //Сборник трудов международной на учно-технической конференции "Процессы абразивной обработки. Абразивны инструменты и материалы: Шлифабразив - 2000". Волжский: ВИСИ, 2000. С 175-177.

14. Патент 2146601 РФ. МКИ В24 В 55/02. Устройство для подачи сма зочно-охлаждающей жидкости /Киселёв Е.С., Унянин А.Н., Нечаев Д.Г., Ко вальногов В.Н. № 98117012/02. Заявл. 11.09.98. Опубл. 20.03.00. Бюл. № 8.

15. Патент 2151044 РФ. МКИ В24 В 55/02. Способ подачи смазочнс охлаждающей жидкости /Киселёв Е.С., Унянин А.Н., Семёнов A.B., Деревянк В.И., Ковальногов В.Н. № 98103610/02. Заявл. 27.02.98. Опубл. 20.06.00. Бю; № 17.

16. Патент 2152297 РФ. МКИ В24 В 55/02. Способ подачи смазочнс охлаждающей жидкости /Киселёв Е.С., Унянин А.Н., Семёнов A.B., Деревянк В.И., Ковальногов В.Н. № 98116975/02. Заявл. 11.09.98. Опубл. 10.07.00. Бкы № 19.