автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение производительности и качества обработки асимметричных деталей в центробежно-уплотненном потоке свободного абразива

Введение.

1. Состояние проблемы. Цель и задачи исследования.

1.1. Современные способы и устройства для обработки деталей в центробежно-уплотненном потоке свободного абразива (ЦУПСА).

1.2. Особенности процесса резания при обработке деталей в ЦУПСА.

1.3. Факторы, влияющие на производительность обработки деталей в потоке свободного абразива.

1.4. Цель и задачи исследования.

2. Исследование процесса обработки асимметричных деталей в ЦУПСА.

2.1. Центробежно-силовое поле и его использование для получения ЦУПСА в поле земного тяготения.

2.2. Основные закономерности обтекания влажно-сыпучим потоком свободного абразива твердых асимметричных тел.

2.3. Интенсификация процесса обработки асимметричных деталей с использованием ЦУПСА.

2.4. Выводы по главе.

3. Экспериментальные исследования процесса финишной обработки асимметричных деталей в ЦУПСА.

3.1. Экспериментальная установка. Методики проведения исследований

3.2. Результаты сопоставительных расчетных и экспериментальных исследований.

3.3. Обеспечение качества обработки асимметричных деталей в ЦУПСА при широком варьировании параметров.

3.4. Выводы по главе.

4. Новые устройства для обработки асимметричных деталей в ЦУПСА

4.1. Принцип действия, особенности конструкции устройств для обработки асимметричных деталей в ЦУПСА.

4.2. Энергетические затраты при использовании нового устройства.

4.3. Технологические рекомендации по обработке асимметричных деталей в ЦУПСА с применением новых устройств.

4.4. Выводы по главе.

В современном машиностроении наряду с совершенствованием уже существующих технологических процессов и методов обработки деталей, разрабатываются новые, более высокопроизводительные методы, позволяющие значительно расширить класс обрабатываемых деталей, при соблюдении всех требований к точности изготовления, но отличающиеся простотой и надежностью конструкции машин, на которых они реализуются.

Известно, что долговечность работы деталей определяется не только материалом, из которого они изготовлены, но также свойствами и состоянием их поверхностного слоя. Изготовление деталей из одного и того же материала, но по различной технологии и режимам, приводит к значительному колебанию состояния их поверхностного слоя. При этом долговечность работы таких деталей может меняться в несколько десятков раз. Все это свидетельствует о большом значении финишных методов обработки в технологическом процессе изготовления деталей.

При этом особенно актуальными являются вопросы совершенствования финишной обработки деталей, имеющих сложную геометрию поверхности, так как несмотря на многообразие способов обработки, изготовление таких деталей с требуемой шероховатостью поверхности приводит к значительным материальным затратам из-за наличия больших технологических трудностей.

Одним из возможных путей решения этой проблемы является применение на финишных операциях установок, в которых заложен принцип обработки изделий уплотненным потоком свободного абразива. Уплотнение абразива происходит под действием центробежных сил, а сам процесс обработки происходит в результате контактирования поверхности обрабатываемой детали с уплотненным абразивным потоком в результате их относительного перемещения.

Центробежно-силовое поле заставляет абразивную массу формироваться в некоторое кольцо, которое воздействует на погруженную в него деталь, обтекая и обрабатывая все труднодоступные места, к которым сложно добраться другими известными способами обработки. Причем, чем больше степень уплотнения абразива, тем сильнее зерна прижимаются к обрабатываемой поверхности и тем выше будет производительность обработки.

Несмотря на очевидные достоинства этот способ не получил к сожалению широкого распространения в современной промышленности и является в определенных своих аспектах недостаточно изученным.

Таким образом, учитывая актуальность вопроса, назрела необходимость проведения ряда исследований по раскрытию еще до конца не изученных сторон и скрытых возможностей, которые несет этот способ, особенно при обработке сложнопрофильных асимметричных деталей.

1. Произведен анализ существующих современных методов и устройств для обработки деталей потоком свободного абразива. В результате был обосно ван метод - центробежный - как наиболее подходящий для обработки рассмат риваемого класса деталей. Рассмотрены особенности процесса резания центро бежно-уплотненным потоком, отмечены факторы, влияющие на производи тельность обработки.2. Выявлены основные закономерности обтекания влажно-сыпучим по током свободного абразива асимметричных тел. Установлено доминирующее влияние глубины погружения детали в ЦУПСА на производительность обра ботки.3. Разработаны модели формообразования детали в ЦУПСА при широ ком варьировании параметров обработки с учетом требований по качеству по верхностного слоя. Полученная совокупность моделей позволяет оценивать по казатели качества обработки деталей в ЦУПСА на разных уровнях погружения в поток.4. Выполнен комплекс экспериментальных исследований по обработке деталей асимметричного профиля в ЦУПСА, который показал адекватность разработанных моделей. Максимальное расхождение между расчетными и экс периментальными данными не превысило 16%, что является приемлемым для использования в практике инженерных расчетов.5. Реализация метода обработки деталей в ЦУПСА позволила создать оригинальные устройства, новизна которых подтверждена патентами РФ.

6. На основе выполненного комплекса исследований разработаны техно логические рекомендации по эффективному применению новых методов и средств обработки деталей в ЦУПСА в условиях действующего производства.

1. Зарубежное оборудование отделочно-зачистнои обработки деталей высокопроизводительными методами. М., НИАТ, 1976.

2. Ящерицын П.И., Мартынов А.Н., Гридин А.Д. Финишная обработка деталей уплотненным потоком свободного абразива. Минск, "Наука и техника", 1978.

3. Мартынов А.Н., Воронцов М.С, Лемин В.А, Кузнецов М.П., Ельки М.И. Устройство для обработки деталей. Авторское свидетельство N100794 L Бюлл. изобретений N1, 1992.

4. Халимулин P.M., Юнусов Ф.С., Красильников Ю.Г. Центробежное устройство. Авторское свидетельство N1060

5. Бюлл. изобретений N38, 1989.

6. Мартынов А.Н., Зверовщиков Е.З., Зверовщиков В.З., Зверовщиков А.Е., Афонин М.Д., Денисов Ю.В., Багринцев Ф.Г. Способ центробежной абразивной обработки деталей и устройство для его осуществления. Авторское свидетельство N 878

7. Бюлл. изобретений N2, 1992.

8. Мартынов А.Н., Зверовщиков В.З., Романов В.М. Способ обработки деталей. Авторское свидетельство N541

9. Бюлл. изобретений N1, 1977.

10. Виба Я.А., Кищенко А.А., Новохатская Т.Н., Яснин И.А. Устройство для центробежной обработки изделий. Авторское свидетельство N835

11. Бюлл. изобретений N1, 1991.

12. Виджис Ю.О., Вишневские Ю.П., Субач А.П. Установка для центробежной обработки изделий. Авторское свидетельство N302

13. Бюлл. изобретений N21, 1989.

14. Кисиев Ю.В,, Рябченко Н.Н., Кижикин А.Ю. Способ центробежной обработки деталей и устройство для его осуществления. Авторское свидетельство N1274

15. Бюлл. изобретений N46, 1992.

16. Бюлл. изобретений N28, 1970.

17. Бекренев В.А., Блинов Б.А., Бойцов Н.А., Ро И.А., Толкунов Н.М. Способ центробежной обработки фасонных деталей свободным абразивом. Авторское свидетельство N632

18. Бюлл. изобретений N47, 1985.

19. Мартынов А.Н., Лемин В.А., Ланщиков А.В. Способ центробежной абразивной обработки фасонных деталей. Авторское свидетельство N1199

20. Бюлл. изобретений N21, 1990. 1 З.Мартынов А.Н., Лемин В.А., Игонин А.И. Способ обработки наружных поверхностей фасонных деталей и устройство для его осуществления. Авторское свидетельство N1199

21. Бюлл. изобретений N41, 1990.

22. Фридман З.М., Реутский А.З. Устройство для абразивно-центробежной обработки деталей. Авторское свидетельство N 1122

23. Бюлл. изобретений N34, 1988.

24. Полиновский Л.А. Устройство для обработки деталей абразивной суспензией. Авторское свидетельство N 252

25. Бюлл. изобретений N28, 1970.

26. Гридин А.Д., Дорофеев В.Д., Колесов Б.К., Князев Н.М., Чачин В.Н. Способ обработки изделий. Авторское свидетельство N468

27. Бюлл. изобретений N16, 1975.

28. Фасатуров С. Способ центробежной обработки. Авторское свидетельство N948

29. Бюлл. изобретений N14, 1989.

30. Маслов Е.Н. Теория шлифования металлов. М., "Машиностроение", 1974.

31. Худобин Л.В. Смазочно-охлаждающие средства, применяемые при шлифовании. М., "Машиностроение", 1971.

32. Пузанов В.В., Каракулова М.Л. Геометрия абразивного зерна в круге и некоторые вопросы формообразования обработанной поверхности при глубинном шлифовании. В сб. "Совершенствование процессов резания и

33. Лавров И.В., Лобанова Л.А. Морфологическая характеристика абразивного зерна. В сб. "Абразивы", вып. 12. М., НИИМАШ, 1973.

34. Лавров И.В., Леонтьев Ю.Н. Некоторые результаты электронномикроскопического исследования поверхности излома основы абразивных материалов. В сб. "Абразивы", вып.8. М., НИИМАШ, 1971.

35. Иващенко В. Д., Никитин СП., Поляков В.И. Электронномикроскопическое исследование доведенных поверхностей. В сб. "Производительная обработка материалов", выпЛ. Воронеж, ВПИ, 1973.

36. Колтунов И.Б., Кузнецов A.M., Романов П.Н. Прогрессивные процессы абразивной, алмазной и эльборовой обработки в подшипниковом производстве. М., "Машиностроение", 1976.

37. Кремень З.И., Дугин В.Н., Медведев В.В, Исследование хонингования и суперфиниширования стальных деталей и сплавов. В сб. "Абразивы", N1. М., НИИМАШ, 1969.

38. Медведев В.В. Отделочное хонингование конструкционных термообработанных сталей. В сб. "Абразивы", N13. М., НИИМАШ, 1968.

39. Богатырев В.И., Шабатов СП., Студенский Е.И. Подшипниковая промышленность. М., Машгиз, 1964.

40. Мартынов А.Н. и др. Исследование процесса обработки поверхностей деталей уплотненным потоком свободного абразива. "Промышленность медицинской техники", N6, 1973.

41. Мартынов А.Н., Гридин А.Д. Полирование внутренних поверхностей прядильных колец уплотненным потоком свободного абразива. В сб. "Вопросы, технологии точности и надежности в машиностроении", N

43. Ящерицын П.И., Мартынов А.Н., Романов В.М. Исследование динамики гидроабразивного потока в центробежном методе для обработки плоских поверхностей деталей. В сб. "Вопросы технологии и автоматизации производственных процессов в машиностроении", N

45. Ящерицын П.И., Мартынов А.Н,, Романов В.М. Центробежный метод обработки деталей уплотненным потоком свободного абразива. В сб. "Вопросы технологии и автоматизации производственных процессов в машиностроении", N

47. Мартынов А.Н., Ярошевич Г.О., Зверовщиков В.З. К вопросу о центробежно-планетарном способе обработки свободным абразивом. В сб. "Вопросы технологии и автоматизации производственных процессов в машиностроении", N

49. Мартынов А.Н., Ярошевич Г.О., Зверовщиков В.З. Определение оптимальных параметров обработки деталей центробежно-планетарным способом. В сб. «Вопросы и автоматизации производственных процессов в машиностроении», №

51. Мартынов А.Н., Зверовщиков В.З. Обработка поверхностей деталей центробежно-планетарным способом. Изв.вузов, «Машиностроение», 2, 1977.

52. Лавров И.В. Основные результаты изучения связи остроты абразивного зерна с его крупностью. В сб. «Абразивы», вып. 11. М., НИИМАШ, 1975.

53. Ваксер Д.Б. Влияние геометрии абразивного зерна на свойство шлифовального круга. В сб. «Основные вопросы высокопроизводительного шлифования».М., Машгиз,1960.

54. Лавров И.В. Закономерность геометрии частиц измельченных материалов. В сб. "Абразивы и алмазы", вьш.6 (50). М., НИИМАШ, 1965.

55. Ипполитов Г.М. Абразивно-алмазная обработка. М., "Машиностроение", 1969.

56. Ваксер Д.Б. Пути повышения производительности абразивного инструмента при шлифовании. М. Д., "Машиностроение", 1964.

57. Ваксер Д.Б. Исследование геометрии размеров абразивного зерна. В сб. "Абразивы", вьш.16. М., НИИМАШ, 1956.

58. Кулаков Ю.М., Хрульков В.А., Дунин-Барковский И.В. Предотвращение дефектов при шлифовании. М., "Машиностроение", 1975.

59. Ящерицын П.И., Зайцев А.Г. Повышение качества шлифованных поверхностей и режущих свойств абразивно-алмазного инструмента. Минск, "Наука и техника", 1972.

60. Худобин Л.В, Пути совершенствования технологии шлифования. Саратов, Приволжское книжное издательство, 1964.

61. Худобин Л.В., Бердичевский Е.Г., Бударин A.M. Повышение эффективности шлифования нержавеющих и теплостойких сталей путем применения СОЖ. ПНТПО N7-68-558/125. М., ГОСИНТИ, 1968.

62. Ящерицын П.И., Цокур А.К., Еременко М.Л. Тепловые явления при шлифовании и свойства обработанных поверхностей. Минск, "Наука и техника", 1973. 47.Рид В.Т. Дислокация в металлах. Пер. с англ. М., Металлургиздат, 1957.

63. Гуляев А.П. Металловедение. М., "Машиностроение", 1978.

64. Костецкий Б.И. Износ металлов. М., Машгиз, 1950.

65. Топеха П.К. Основные виды износа. Киев Москва, Машгиз, 1952.

66. Крагельский И.В. Трение и износ. М., "Машиностроение", 1968. 52,Маталин А.А. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей. М., "Машиностроение", 1956.

67. Папшев Д.Д., Ахматов В.А. Влияние наклепа на характер контактных деформаций. В сб. Технология машиностроения". Брянск, Приокское книжное издательство. Брянское отделение, 1975.

68. Кравченко Б.А. и др. Повышение выносливости и надежности деталей машин и механизмов. Куйбышев, Куйбышевское книжное издательство, 1966.

69. Маталин А.А., Некрасов Е.Н. Формирование остаточных напряжений при шлифовании. В сб. "Прогрессивная технология и автоматизация управления процессами обработки деталей машин". Л., "Машиностроение", 1970.

70. Подзей А.В. Остаточные напряжения при шлифовании и их регулирование. В сб. "Высокопроизводительное шлифование". М., Издательство АНСССР, 1962.

71. Подзей А.В. и др. Технологические остаточные напряжения. М., "Машиностроение", 1973.

72. Спришевский А.И. Подшипники качения. М., "Машиностроение", 1969.

73. Лурье Г.Б. Шлифование металлов. М., "Машиностроение", 1969.

74. Медведев В.В. Влияние механизма процесса хонингования на качество поверхностного слоя. В сб. "Передовая технология и автоматизация управления процессами обработки деталей машин Л., "Машиностроение", 1970.

75. Кремень З.И., Дугин В.Н. Микрогеометрия поверхности и состояние поверхностного слоя металла деталей, обработанных суперфинишированием. В сб. "Передовая технология и автоматизация управления процессами обработки деталей машин". Л., "Машиностроение", 1970.

76. Богомолов Н.Н. Механизм действия поверхностно-активных веществ при тонкой абразивной обработке металлов". "Физико-химическая механика материалов", 7N1, 1975.

77. Худобин Л.В. Смазочно-охлаждающие средства, применяемые при шлифовании. М., «Машиностроение», 1971.

78. Орлов П.Н. Способ обработки поверхностей деталей инструментом с плоской рабочей поверхностью. Авторское свидетельство №541

79. Бюлл. изобретений №1, 1977.

80. Парфененко Г., Параней В.Л., Залога В.А. Устройство для гидроабразивной обработки деталей типа лопастных колес. Авторское свидетельство №804

81. Бюлл. изобретений №38, 1991.

82. Устройство для зачистки и шлифовки ключей. США, патент №4641463, 1987.

83. Гачегов Ю.М. Устройство для абразивной обработки. Авторское свидетельство №1206

84. Бюлл. изобретений №12, 1990.

85. Коробейников В.Д., Шкляр Б.М., Гринблат В.П. Способ обработки свободным абразивом деталей типа дисков турбомашин. Авторское свидетельство №1491

86. Бюлл. изобретений №25, 1989.

87. Варфоломеев Б.Г., Архипов В.М., Мищенко А.В. Установка для гидрообработки деталей. Авторское свидетельство №441

88. Бюлл. изобретений №10, 1991.

89. Андрюков А.В., Глунов В.Н. Устройство для обработки деталей в псевдоожиженном абразиве. Авторское свидетельство №872

90. Бюлл. изобретений №9, 1992.

91. Установка и метод финишной обработки. США, патент №4730417, 1988.

92. Ильин М.И., Портнов С В Финишная обработка деталей в центробежных машинах. Ж. "Инструмент" №5, 1996, стр. 20, -Петербург.

93. Соколов В.И. Современные промышленные центрифуги. Изд. 2-е. М., «Машиностроение», 1967.

94. Соколов В.И. Центрифугирование. М., «Химия», 1976.

95. Хайкин Э. Физические основы механики. М., Физматгиз, 1963.

96. Гурин В.Е. Оценка числа абразивных зерен на поверхности шлифовального круга. Труды Всесоюзного научно-исследовательского института электроизмерительных приборов, вып. 23. Л., 1974.

97. Ящерицьга П.И. Повышение эксплуатационных свойств шлифованных поверхностей. Минск, "Наука и техника", 1966.

98. Васильков Д.В., Вейц В.Л., Шевченко B.C. Динамика технологической системы механической обработки. СПб.: «Инвентекс».- 1997.

99. Амосов А.А., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров. М.: Высшая школа, 1994.

100. Ильин М.И., Портнов С В Устройство для обработки деталей в центробежно-уплотненном потоке свободного абразива. Патент на изобретение №2147

101. Бюлл. изобретений №11, 2000.

102. Ильин М.И., Портнов С В Устройство для обработки деталей. Патент на изобретение №2149

103. Бюлл. изобретений №15, 2000.

104. Портнов СВ., Ильин М.И. О производительности центробежных устройств для финишной обработки деталей. Ж., «Инструмент и технологии», №№7-8, 2002, С-Петербург.

105. Ильин М.И., Портнов СВ., Шавлович В.И. Новые технологии с использованием центробежных устройств. "Современное энергомашиностроение". Респ. межвед. науч. техн. сб. Петербург.Изд-во «Инструмент». 1997.

106. Портнов СВ., Р1льин М.И., Корниенко В.Г. Финишная обработка деталей в центробежно-уплотненном потоке свободного абразива. Ж., «Инструмент и технологии», №№5-6, 2001, -Петербург.

107. Ильин М.И., Портнов СВ. Энергетические характеристики центробежных устройств для финишной обработки деталей. Ж., «Инструмент и технологии», №№9-10, 2002, -Петербург.

108. Богомолов Н.Н. О работе сил трения в абразивных процессах. Труды ВНИИАШ №1. Л.: Машиностроение, 1965.

109. Гребенюк СМ. Технологическое оборудование сахарных заводов. М.: Пищевая промышленность, 1969.

110. Козлов В.А. Структурно-параметрическая оптимизация процесса точения: монография. Рыбинская государственная авиационная технологическая академия, 2000.

111. Сулима A.M., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М.: Машиностроение, 1988.

112. Безъязычный В.Ф. Расчетное определение остаточных напряжений с учетом одновременного воздействия на поверхностный слой термических и механических явлений процесса резания Технологическое обеспечение надежности и долговечности деталей машин /ЯПИ -Ярославль, 1987.

113. Маталин А.А. Технология машиностроения. Л.: Машиностроение, 1985.

114. Pogodaev L.I., Kuzmin V.N. Structure energy models of the wear of materials and equipment. Russia: St. Petersburg State University for Water Communication, 2001.

115. Томленое A.Д. Теория пластического деформирования металлов. М.: Металлургия, 1972.

116. Инженерная теория пластичности Под ред. В.И.Беляева. —Минск: Наука и техника, 1985.

117. Роозенберг A.M., Розенберг О.А. Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания. Киев: Наукова Думка, 1990.

118. Самуль В.И. Основы теории упругости и пластичности. М.: Высшая школа, 1982.

119. Томсен Э., Янг Ч., Кобаяши Ш. Механика пластических деформаций при обработке металлов. Пер. с англ, Под ред. д-ра техн. наук проф. Е.П.Унксова. М Машиностроение, 1969. ЮО.Портнов СВ. Обеспечение качества обработки асимметричных деталей в центробежно-уплотненном потоке свободного абразива. Ж., «Инструмент и технологии»,№№15"-1в,2003.