автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Разработка и исследование инструмента и процесса плоского торцового шлифования дискретными абразивными сегментами

005004643

Швагирев Павел Сергеевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА И ПРОЦЕССА ПЛОСКОГО ТОРЦОВОГО ШЛИФОВАНИЯ ДИСКРЕТНЫМИ АБРАЗИВНЫМИ СЕГМЕНТАМИ

Специальность 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

- 1 ДЕК 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владимир 2011

005004643

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессо

Гусев Владимир Григорьеви

Официальные оппоненты: Заслуженный изобретатель Р<1

доктор технических наук, профессо Денисенко Владимир Иванови

кандидат технических наук, доцен Михрютин Вадим Владимирови

Ведущая организация: Филиал ФГУ ГКНП]

им. М.В. Хруничева, г. Ковро

Защита состоится в 14— часов 21 декабря 2011 года, на засед; нии диссертационного совета Д 212.025.03 при Владимирско государственном университете по адресу: 600000, г. Владими] ул. Горького, 87.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Влад» мирского государственного университета.

Автореферат разослан « » ноября 2011 го,в

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Панфилов А./

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Процессы шлифования непрерывно совершенствуются. Разработаны новые абразивные материалы, шлифовальные инструменты, составы и способы подачи смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) в зону резания. Дальнейшее развитие получили дискретные абразивные круги, новые процессы шлифования сборными абразивными кругами, характеризующиеся контактным взаимодействием режущих элементов инструмента и обрабатываемой заготовки одновременно по нескольким площадкам (назовем такой процесс многоточечным шлифованием).

Многоточечное шлифование характеризуется значительно более высокой производительностью по сравнению с широко распространенным одноточечным шлифованием, при котором инструмент взаимодействует с заготовкой лишь по одной площадке. В процессе реализации многоточечного шлифования, вследствие контакта инструмента и заготовки одновременно по нескольким площадкам, возрастает количество источников тепла, что приводит к интенсивному тепловыделению и повышению температуры в зоне резания, вызывающей термические повреждения деталей.

Процесс плоского торцового шлифования известными кругами является многоточечным, а сегменты инструмента прижаты силой резания к обрабатываемой поверхности, вследствие чего доставка СОЖ в места контактна режущих абразивных зерен и связки с металлом заготовки невозможна. В условиях, когда роль СОЖ практически нивелирована, обеспечение высокого качества поверхностного слоя возможно путем уменьшения режима резания, что неизбежно приводит к значительному снижению производительности процесса обработки.

Таким образом, разработка инструмента и процесса плоского торцового шлифования, обеспечивающего высокие скорости отвода тепла из зоны резания, повышение качества и производительности технологических операций, является актуальной научно-технической задачей.

Работа выполнена при поддержке проекта №11-08-97-542 Российского Фонда Фундаментальных исследований.

Цель работы - повышение качества деталей и производительности процесса плоского торцового шлифования путем дискретизации режущей поверхности абразивных сегментов и подвода смазочно-охлаждающей жидкости в плоскость резания.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи: -обосновать выбор схемы дискретизации режущей поверхности абразивных сегментов для практической реализации;

-разработать методику расчета дискретных абразивных сегментов, обеспечивающую их высокую механическую прочность;

-разработать процесс формования дискретных абразивных сегментов и конструкцию торцового шлифовального инструмента;

-разработать методику реализации процесса дискретного плоского торцового шлифования с подводом СОЖ в плоскость резания.

Методы исследований. В работе использованы методы сопротивления материалов при расчете абразивных сегментов на механическую прочность. Научные положения теории шлифования материалов, тепловых процессов в технологических системах использованы при анализе степени снижения температуры заготовки путем дискретизации режущей поверхности абразивных сегментов и подачи СОЖ в плоскость резания. Научные положения теории планирования многофакторных экспериментов использованы при исследовании шероховатости поверхностей, шлифованных дискретным торцовым кругом, а математической статистики - в процессе обработки результатов многофакторного эксперимента.

Исследование температуры обрабатываемой поверхности заготовки при дискретном плоском торцовом шлифовании проведено с использованием метода конечно-элементного анализа, реализованного в современном САЕ-комплексе С08М08\\ЧЖК8.

Теоретические положения работы получили подтверждение результатами испытаний инструмента и процесса дискретного плоского торцового шлифования в условиях производства.

Автор выносит на защиту: -анализ напряженного состояния дискретного абразивного сегмента с продольными каналами, обоснование инерционного способа подачи СОЖ в плоскость резания; -процесс формования дискретных абразивных сегментов с каналами; -конструкцию, аэродинамику дискретного торцового шлифовального инструмента и технические решения по устранению засорения каналов сегментов отходами шлифования;

-аналитические и экспериментальные модели показателей качества и производительности процесса дискретного плоского торцового шлифования и методику его реализации.

Научная новизна работы: -установлены закономерности влияния конструктивно-технологических факторов инструмента и процесса дискретного плоского торцового шлифования сегментами с каналами и подводом СОЖ в плоскость резания на показатели качества деталей, скорость съема металла, расход абразива и коэффициент шлифования;

-впервые вскрыт механизм засорения каналов абразивных сегментов отходами шлифования и предложены технические решения по его устранению, защищенные патентами РФ № 2385215, 24171494;

Практическая значимость и реализация работы. Предложено производству: конструкция абразивного сегмента с открытыми каналами и конструкция пресс-формы для его формования, процесс формования дискретных абразивных сегментов, конструкция инструмента для дискретного плоского торцового шлифования, обеспечивающая подвод СОЖ в плоскость резания.

Дискретный инструмент и процесс плоского торцового шлифования испытаны и рекомендованы к внедрению в условиях ОАО «Производственное объединение Муромский машиностроительный завод». В условиях Касимовского механического завода № 8 используются чертежи пресс-формы и режим обработки свободным абразивом рабочих поверхностей пуансонов и продольных стержней. Результаты работы используются в учебном процессе кафедры «Технология машиностроения» Владимирского государственного университета.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Всероссийской научно-технической конференции (НТК) «Теплофизика технологических процессов» (г. Рыбинск: РГАТА, 2005), Всероссийской НТК «Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений» (г. Рыбинск: РГАТА, 2009), Международной НТК «Повышение качества и эффективности производства» (г. Курган: КГУ, 2006), Международной юбилейной НТК «Инструментальные системы машиностроительных производств» (г. Тула, ТулГУ, 2008), Ш-й Международной научно-практической конференции (г. Невинномысск: Невинномысский институт экономики, управления и права, 2009), Международной НТК «Инновационные технологии в автоматизированном машиностроении и арматуростроении» (г. Курган: КГУ, 2010), научно-техническом семинаре механико-технологического факультета и заседаниях кафедры «Технология машиностроения» Владимирского государственного университета.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 научных трудов, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, два патента РФ на изобретение.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав, основных результатов и выводов, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 172 страницах основного текста, содержит 42 рисунка, 3 таблицы и библиографический список из 109 наименований.

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, поставлена цель исследований, сформулированы задачи, которые необходимо решить для достижения цели; научная новизна, практическая ценность; положения, вынесенные на защиту, апробация работы, основные результаты и выводы по работе.

Первая глава посвящена анализу процессов дискретного шлифования металлов и сплавов. Существенный вклад в развитие процессов абразивной обработки и инструмента внесли отечественные и зарубежные ученые: Евсеев Д.Г., Королев A.B., Маслов E.H., Резников А.Н., Силин С.С., Старков В.К., Степанов Ю.С., Худобин JI.B., Якимов A.B., Ящерицык П.И., Malkin S., Neugebauer R., Shaw M.C., Yo N.E. и другие.

Проанализированы процессы многоточечного шлифования дискретными кругами, отмечены их положительные стороны и нерешенные задачи. Обоснована актуальность темы работы.

Во второй главе обоснованы схема дискретизации режущей поверхности абразивных сегментов торцового шлифовального круга и инерционный способ подачи СОЖ в плоскость резания. Проанализированы три схемы дискретизации сегментов, характеризующиеся выполнением участков прерывания процесса резания в виде: закрытых каналов в сегменте (первая схема), одной открытой полости (вторая схема), открытых каналов, расположенных со стороны установочной плоскости сегментов (третья схема). Третья схема предложена автором.

Разработаны критерии оценки схем: высокая механическая прочность, технологичность сегмента, доставка СОЖ в плоскость резания, экономия абразива, уменьшение температуры заготовки, минимальные затраты н; процесс дискретизации.

Первая схема дискретизации (рис. 1, а) обеспечивает высокую механиче скую прочность сегментов, гарантированную доставку СОЖ в плоскость резания, экономию абразивного материала и безопасную эксплуатацию инструмента. Однако, для нее характерен сложный процесс формования сегмента, большой объем ручных работ, низкая технологичность и высокие затраты на производство сегментов. Вторая схема дискретизации (рис. 1, б) обеспечивает простоту формования сегмента, высокую технологичность его конструкции, экономию абразива и низкие затраты на производство сегментов. Но она характеризуется низкой механической прочностью сегмента и не обеспечивает гарантированной доставки СОЖ в плоскость резания.

Рис. 1 Схемы дискретизации сегментов: а) — первая, б) - вторая, в) — третья.

Проанализируем третью схему дискретизации режущей поверхности абразивного сегмента (рис. 1, в). Наличие открытых каналов в сегменте приводит к смещению центра тяжести трапецеидального поперечного сечения из точки С в С' (рис. 2, а).

' \.......I.....г......1......п......I....... I.! и. 1 и /

т, У V ■ / т.

/ •• /1. /

: ' V в

р

' /V ч '

Ъ /••• • ; Ч 1 \ р

гпттп> У

б)

Рис. 2. Поперечное сечение сегмента (а) и его рабочая нагрузка (б).

На сегмент действуют; главная составляющая силы резания Р2, инерционная центробежная сила О и давление р со стороны заготовки (рис. 2, б). Суммарные напряжения изгиба ст^, в защемленном сечении т1 - тх соответственно для сплошного и дискретного абразивного сегментов определяются:

ъ^С*?)2 + К?)2 + р; = ^А2 + (ап)2 + р. (1)

где сг„ , сг^2, гхи° - напряжения изгиба, обусловленные действием главной составляющей Р2, Р'г силы резания и центробежной силы (?'. Напряжения изгиба а£ = 4Д9 МПа и 02' = 4,04 МПа в сечении тг - т1 для сплошного и дискретного сегмента соответственно, рассчитанные по (1),

т

О 225 № ь?5 1т

а) б)

Рис. 3. Эпюра напряжений в правой стенке (а) и значения напряжений в опасных сечениях передней и задней стенки (б) сегмента.

свидетельствуют о высокой изгибной прочности сегмента с каналами. Меньшие напряжения изгиба в сечении тг — тг дискретного сегмента по сравнению с сегментом со сплошным поперечным сечением объясняются наличием ребер жесткости 1 между каналами 2, 3 (рис. 1, в), уменьшением массы сегмента, а, следовательно, и центробежной силы $. А

Кроме сечения г«! — тъ опасными в дискретном сегменте являются сечение ппп'п' в передней стенке 1 (рис. 2, а и 3, а) и аналогичное сечение в задней стенке 2. В сечении ппп'п' максимальные напряжения изгиба,

где Ь0 - глубина канала неизношенного сегмента, измеренная в плоскости режущего торца; I - длина износа сегмента; В - угол наклона канала в радиальной плоскости (рис.1, в); г - радиус окружности дна канала; ¡а -коэффициент трения-резания; К - коэффициент динамичности; - толщина передней стенки неизношенного сегмента; а - угол наклона канала в плоскости, перпендикулярной радиусу инструмента.

Напряжения сжатия сгсп, растяжения орп в опасном сечении ппп'п' передней стенки и асз, арз задней стенки меньше допускаемых напряжений в 6-8 раз (рис. 3, б), что свидетельствует о высокой механической прочности стенок 1 и 2.

На основании рассмотрения напряженного состояния сегмента с открытыми каналами разработана методика расчета, обеспечивающая его высокую

механическую прочность и площадь поперечного сечения каналов для транспортировки требуемого объема СОЖ в плоскость резания.

Анализ теплообмена в зоне плоского торцового шлифования при подаче СОЖ поливом (первый вариант), применяемым в условиях производства, и по открытым каналам сегментов (второй вариант) позволил установить влияние отношения скоростей течения СОЖ (Уг/^л) при втором и первом варианте подачи на изменение температур Д12 заготовки:

ц. —»-сплошной терновый абрашваыв круг - -»- сбориый круг, оснащенный збрэмтньшв «тента.мм со №*■«■;« р«кущ«й поверхностью собрный крут, абралаеяые сегаеяггы которого имиот яасга»еткую режущую вовюжгаость

\

Ж

* .........;

0 12 3 4 5

Толщина, мм

Рис. 4. Температура заготовки при шлифовании различными кругами.

По (3) рассчитано отношение температур £Ах/ &Х2 и установлено, что при подаче СОЖ в плоскость резания температура обрабатываемой поверхности заготовки уменьшается в 2,5 по сравнению с подачей поливом.

Моделирование температуры заготовки в современном САЕ-комплексе С08М08\ТОКК8 при шлифовании сплошным, сегментным и разработанным дискретным кругами (без СОЖ) свидетельствует о снижении температуры заготовки на 40% лишь за счет одной дискретизации абразивных сегментов (рис. 4).

Результаты анализа трех схем дискретизации режущей поверхности сегментов показали, что третья схема в наибольшей степени отвечает сформулированным выше критериям, вследствие чего она выбрана для практической реализации.

В третьей главе разработаны пресс-форма и процесс формования сегментов с открытыми каналами, выполненными в соответствии с третьей схемой дискретизации. Пресс-форма состоит из верхнего 1, нижнего 2 пуансонов, двух боковых стенок 3, передней и задней стенок 4. Пуансон 1 имеет стержни 5, которые формуют в абразивной массе 6 открытые каналы.

Пробное формование сегментов показало, что ребра жесткости, а также передняя и задняя стенки отрывались от основной абразивной массы и застревали между стержнями пуансона. Исследования, проведенные с целью устранения причины отрывов, позволили сформулировать требования к оснастке, прессовому оборудованию и абразивной массе, соблюдение которых обеспечивает формование качественных абразивных сегментов.

и ./

а) 6)

Рис. 4. Формование сегментов с каналами (а) и оснащенный ими круг (б).

Стержни для формования каналов должны быть изготовлены с пуансоном заодно целое, необходимо устранять относительные угловые деформации верхнего пуансона и остальной части пресс-формы, для чего максимальный зазор между направляющими втулками и скалками должен быть не более 50 мкм. Среднее арифметическое отклонение профиля рабочих поверхностей пресс-формы и стержней должно быть не более 0,32 мкм, а приготовленную абразивную массу следует расходовать в течение 6 ч.

Основные компоненты абразивной массы на один сегмент с каналами: шлифовальное зерно 95А (40-25) - 922 г., жидкий бакелит - 17,2 г., пульвер-бакелит - 52,2 г., криолит - 23,1 г., каучук - 10,2 г. Масса сегмента с каналами на 0,21 кг меньше массы стандартного сегмента, что позволяет экономить абразивный материал в процессе производстве сегментов. Параметры процесса формования: скорость рабочего хода ползуна (пуансона) -7 мм/с, скорость холостого хода ползуна вверх — 70 мм/с, вниз - 200 мм/с, время выдержки под давлением - 75 с, температура нагрева пресс-формы -120 °С, усилие прессования - 900 кН.

Дискретный торцовый шлифовальный круг (рис. 4, б) оснастили сегментами с открытыми каналами. Пробное шлифование показало, что открытые каналы засоряются отходами шлифования, а СОЖ не поступает в плоскость

резакия. Была выдвинута гипотеза: причина засорения - аэродинамические потоки, генерируемые инструментом.

Проверка гипотезы потребовала проведения исследования движения воздушных масс. При шлифовании инструмент 1 (рис. 5) увлекает воздушные массы во вращение, в результате чего формируются потоки I, II, которые, проходя между заготовками 2 и рабочей поверхностью стола 3, направляются внутрь круга. Потоки I, II проходят между сегментами и направляются в виде потока III к периферии, создавая разрежение во внутренней полости круга. При своем движении потоки I, II, III поднимают вверх отходы шлифования, которые оседают на сегментах, корпусе круга и плотно прижимаются к ним центробежной силой, постепенно перекрывая каналы и создавая дисбалансы круга. Максимальная окружная скорость воздушного

потока IY на выходе из круга_достигает 24 м/с.

I __ На основании полученных

данных разработаны решения, защищенные патентами РФ и позволяющие устранить засорение каналов. Суть решений заключается в создании преграды движущимся внутрь инструмента потокам в виде электромагнитного поля или направленных с большой ки-Рис. 5. Аэродинамические потоки, нетической энергией потоков

генерируемые кругом жидкости.

В четвертой главе приведена методика экспериментальных исследований процесса дискретного плоского торцового шлифования разработанным инструментом, методика планируемых многофакторных экспериментов и результаты исследований показателей процесса обработки.

На плоскошлифовальном станке мод. ЗЕ756-Л1 шлифовали диски трения. Материал - легированная сталь ЗОХГСА, твердость HRC3 32...36. В качестве инструмента использовали торцовый круг 0450 мм с десятью абразивными сегментами трапецеидального поперечного сечения: -сплошные сегменты 5С 100-40-150 мм 95А40Н(С1-С2)ЗБ; -дискретные сегменты с каналами 5СЗ 100-40-150 мм 95А40НСТ13Б, 94А25НСТ23Б.

Исследовали минутный съем металла WM, минутный расход абразива WA, коэффициент шлифования К, прижоги, микротвердость, отклонения от плоскостности, шероховатость поверхности и производительность процесса при обработке разработанным дискретным кругом и кругом, применяемым в

условиях производства. Минутный съем металла УУМ, минутный расход абразива \А/Д, коэффициент шлифования К определяли на основании установленных в работе зависимостей, прижоги - методом травления. Микротвердость измеряли на приборе НУ8-1000 (Тайвань), отклонения от | плоскостности - лекальной линейкой и щупами различной толщины, шероховатость поверхности - на приборе 8.Г-201Р фирмы МИи1оуо (Япония).

На основании экспериментов рекомендованы следующие режимы шлифования и характеристика абразивного материала сегментов с каналами:

- частота вращения круга - 980 мин-1, бесприжоговая вертикальная подача круга 8В <0,6 мм/мин., припуск на обработку с каждой стороны диска Ъ = 0,3 мм, характеристика абразивного материала - 94А25НСТ23Б. 94А40НСТ13Б.

Для инструмента, используемого в производстве:

- частота вращения круга - 980мин-1, 5В <0,3 мм/мин., припуск на обработку 2 = 0,3 мм, характеристика абразивного материала - 94А40Н(С2- I СМ2)ЗБ.

Доминирующее влияние на минутный съем металла И/м, расход абразива и коэффициент шлифования оказывает вертикальная подача 5В, которая характеризует скорость врезания абразивных зерен в обрабатываемый металл. С увеличением 5В скорость съема металла \/Ум и расход абразива возрастают (рис. 6,а, б) при обработке известным и дискретным кругами. |

Рис. 6. Влияние вертикальной подачи на минутный съем металла (а) и на расход абразива (б): 1 - для дискретного торцового шлифовального инструмента, 2 — для инструмента, применяемого в производстве.

При изменении подачи в пределах 5В = (ОД — 0,7) мм/мин скорость съема металла в 1,28 - 2,10 раза больше, минутный расход абразива в 1,8 - I 2,6 раза меньше для дискретного круга по сравнению с кругом, используемым в производстве, что объясняется более высокой твердостью и стойкостью дискретных сегментов.

При увеличении вертикальной подачи дискретного круга в интервале (0,1-0,6) мм/мин коэффициент шлифования К уменьшается от 10, 5 до 7,0 мм3/мм3. При обработке кругом, применяемым в производстве, в интервале подачи SB = (ОД - 0,4) мм/мин # уменьшается от 3,20 до 3,02 мм3/мм3, а при дальнейшем увеличении подачи SB коэффициент шлифования снижается до 1,1 мм3/мм3. Полученные данные убедительно доказывают преимущество разработанного инструмента и процесса плоского дискретного шлифования. Согласно плану эксперимента N=23 = 8 составлена матрица планирования:

abc, bc, ас, с, ab, Ь, а, (-1), (4)

где а, Ь, с - верхний уровень первого, второго и третьего фактора соответственно; (-1) - строка матрицы, содержащая все три фактора на нижнем уровне. Реализация матрицы (4), статистическая обработка данных эксперимента, проверка адекватности с использованием критерия Фишера позволили получить уравнение регрессии:

Y = 0,925 + 0,175%! + 0,075х2 - 0,0625х3, (5)

где хъ х2, х3 - кодовое значение подачи SB, частоты вращения пст стола с заготовками и минутного расхода Q смазочно-охлаждающей жидкости.

Уравнение регрессии в натуральном выражении факторов имеет вид:

Ra = 0,667 + 0,583SB + 0,011nCT - 0,00313Q. (6)

Наибольшее влияние на среднее арифметическое отклонение профиля Ra оказывает вертикальная подача SB дискретного инструмента, с увеличением которой Ra увеличивается (рис. 7, а).

1.1 1.1 1.05

0.681+0 J83SB 1

0.95

0.71+0.5ЕЗ'Зз 05

0.85

пя

Û .75

А

олбз+алп-пст гнз+сзп Ктс

1.05 1-

О.Щ-НШИ-пст

0.350,8-

Se

.13 15 ист

:9 21 'Л-

а) б)

Рис. 7. Влияние подачи 5В инструмента (а) и частоты вращения стола Пет (б) на среднее арифметическое отклонение профиля Яа, (доверительные интервалы ±0,054) С увеличением частоты вращения п,-,. стола с заготовками параметр Яа также увеличивается, однако, степень влияния п„ меньше, чем (рис. 7, б). Увеличение Яа при возрастании 5В и пст объясняется ростом силовой и тепловой нагрузки на каждое абразивное зерно, которое врезается на большую

глубину, оставляя более глубокие риски на обработанной поверхности. При шлифовании дисков трения на режиме п = 980мин-1, пст = 21мин-1, = 0,2 мм/мин, <2 = 40 ■ Ю-3 м3/мин дискретными сегментами 95А40НСТ15Б и сплошными сегментами 95А40НС25Б значения Да = (1,0-1,1) мкм получены при использовании дискретного круга, а большие значения Яа = (1,25-1,40) мкм - известного круга.

Технологическая, цикловая (шт/час) и техническая (шт/смену) производительности процесса дискретного шлифования с подачей СОЖ в плоскость резания выше по сравнению с известным процессом в 1,9; 1,7 и 1,6 раза соответственно (рис. 8).

Глубина распространения прижогов в дисках, шлифованных известным кругом, составила (12-18) мкм в зависимости от режимов шлифования, в то время как при обработке дискретным кругом с подводом СОЖ в плоскость резания - (5-9) мкм. После шлифования дискретными сегментами (вертикальная подача 5В = 0,6мм/мин) и стандартными сегментами (вертикальная подача 5В = 0,3 мм/мин) прижоги обнаружены не были. На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что реализация процесса шлифования разработанным кругом обеспечивает бесприжоговый поверхностный слой при более высоких режимах резания.

700 600 500 400 300 200 100 0

583

364

216 |

112 105 ---

62

а 1 Т б в 1

Рис. 8. Технологическая (а), цикловая (б) (шт/час) и техническая (шт/см) (в) производительности процессов плоского торцового шлифования: левый столбец - для известного круга, правый столбец — для дискретного круга.

Максимальное значение микротвердости 1,55 ГПа характерно для дисков, шлифованных дискретными сегментами на чистовом режиме, а для дисков, шлифованных стандартными сегментами, 1,15 ГПа. При шли-

фовании разработанным инструментом происходит упрочнение поверхностного слоя, о чем свидетельствует повышение микротвердости на 35% по сравнению с инструментом, применяемым в производстве.

Таким образом, дискретная режущая поверхность сегментов, мощные аэродинамические потоки, генерируемые инструментом, большие площади обтекания заготовок жидкостью, подвергнутой естественной аэрации и движущейся со скоростью резания, - все это обеспечивает не только существенное повышение качества поверхностного слоя деталей, но и увеличение производительности процесса обработки.

В пятой главе приведена методика реализации процесса дискретного плоского торцового шлифования. Разработанные инструмент и процесс дискретного плоского торцового шлифования испытаны и рекомендованы к внедрению в условиях ОАО «ПО Муроммашзавод». Результаты работы используются в учебном процессе.

Ожидаемый годовой экономический эффект от повышения производительности процесса шлифования и экономии абразивного материала составляет около 715 тыс. рублей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основании проведенных исследований решена научно-техническая задача повышения качества деталей и производительности процесса плоского торцового шлифования путем дискретизации режущей поверхности абразивных сегментов, конструкторско-технологического обеспечения процесса и инерционного подвода смазочно-охлаждающей жидкости в плоскость резания.

2. В результате анализа схем дискретизации выбрана схема, реализованная в виде открытых каналов со стороны установочной плоскости сегмента. На основании анализа напряженного состояния сегментов с открытыми каналами разработана методика инженерных расчетов, обеспечивающая высокую их механическую прочность, что позволяет применять дискретные сегменты в процессах интенсивного шлифования.

3. Исследования теплообмена в зоне резания при подаче СОЖ по открытым каналам сегментов в плоскость резания подтвердили возможность уменьшения температуры обрабатываемой поверхности заготовки в 2,5 раза по сравнению с подачей поливом, применяемой в условиях производства. Моделирование температуры с использованием современного САЕ-комплекса COSMOSWORKS показало, что лишь одна дискретизация режущей поверхности сегментов приводит к уменьшению температуры на 40%. Существенное снижение температуры в зоне шлифования позволяет повы-

сить качественные показатели шлифованного поверхностного слоя деталей.

4. Разработаны средства реализации процесса формования сегментов с открытыми каналами и сформулированы требования к прессовому оборудованию и технологической оснастке, обеспечивающие высокую производительность формования и качество сегментов: стержни и пуансон должны изготавливаться заодно целое; максимальный зазор в сопряжении направляющих скалок-втулок - не более 50 мкм, шероховатость рабочих поверхностей пуансонов и стержней Яа < 0,32 мкм, а абразивная масса должна расходоваться в течение 6 часов с момента ее приготовления.

5. Установлено, что дискретный торцовый шлифовальный круг генерирует в процессе работы мощные аэродинамические потоки, которые, двигаясь внутрь инструмента, увлекают отходы шлифования, что приводит к засорению открытых каналов и ухудшению всех показателей процесса. Предложенные решения по устранению засорения каналов основаны на создании преграды аэродинамическим потокам в виде электромагнитного поля, а также скоростного напора СОЖ и защищены патентами Российской Федерации.

6. Установлено, что минутный съем металла при шлифовании дискретным кругом больше в 1,28-2,10 раза, коэффициент шлифования в 6-10 раз, а минутный расход абразива в 1,8-2,6 раза меньше, чем при обработке известным кругом, что свидетельствует о явных преимуществах разработанного процесса дискретного плоского торцового шлифования с подводом СОЖ в плоскость резания.

7. Доказана возможность применения более твердых дискретных абразивных сегментов (на две-три степени тверже сплошных сегментов) и увеличения бесприжоговой вертикальной подачи инструмента от 0,3 до 0,6 мм/мин, что в сочетании с высокой эффективностью действия СОЖ приводит к повышению качества деталей, увеличению технологической, цикловой и технической производительности соответственно в 1,9; 1,7 и 1,6 раза, а также к экономии абразивного материала. Микротвердость обработанного поверхностного слоя повышается на 35%, а шероховатость поверхности уменьшается сЯа = (1,25 — 1,40)мкм до 11а = (1,0 — 1Д)мкм.

8. Результаты проведенных теоретических, однофакторных и многофакторных экспериментальных исследований позволили создать научную и методическую базу для разработки перспективного шлифовального инструмента и процесса дискретного плоского торцового шлифования с инерционным подводом СОЖ в плоскость резания, значительно опережающих по своим функциональным возможностям существующие аналогичные процессы и шлифовальные инструменты.

Разработанный инструмент и процесс испытаны и рекомендованы к внедрению в производство ОАО «ПО Муроммашзавод». Результаты исследований используются в учебном процессе. Ожидаемый годовой экономический эффект, обусловленный повышением производительности процесса шлифования и экономией абразивного материала, составляет око-ö 715 тыс. рублей.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Гусев, В. Г. Аэродинамические потоки, генерируемые дискретным торцовым шлифовальным кругом / В. Г. Гусев, П. С. Швагирев, А. В. Морозов // Наука о резании материалов в современных условиях. (Серия. «Инструментальные и метрологические системы») // Известия Тул. гос. ун-та. Вып. 1. Ч. 2. 2004. - С. 74 - 79. - ISBN 5-7679-0585-1. (Соискатель - 45 %)

2. Гусев, В. Г. Выбор схемы дискретизации режущей поверхности шлифовального круга / В. Г. Гусев, А. В. Морозов, П. С. Швагирев // Станки и инструмент. - 2009. - № 6. - С. 15 - 19. (Соискатель - 35 %)

3. Гусев, В. Г. Критерии оценки дискретных кругов и их влияние на динамику процесса шлифования / В. Г. Гусев, А. В. Морозов, П. С. Швагирев // Станки и инструмент, 2009. - № 5. - с. 16 - 20. (Соискатель - 30 %)

4. Гусев, В. Г. Моделирование съема металла при плоском торцовом шлифовании в условиях изменяющейся жесткости шпиндельного узла / В. Г. Гусев, П. С. Швагирев, Р. В. Жигалов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии . - 2010. - № 4-2 (282). - С. 80 - 86. - ISSN 2073-7408. (Соискатель - 25 %)

5. Пат. № 2385215 Российская Федерация, МПК В24В, 55/02. Устройство для подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при плоском торцовом шлифовании / Гусев В. Г., Жигалов Р. В., Швагирев П. С.: заявл. 17. 07. 08; опубл. 27. 03. 10. Бюл. № 9. (Соискатель - 30 %)

6. Пат. № 2417149 Российская Федерация, МПК В24В, 55/00. Электромагнитное устройство для предотвращения эксплуатационных дисбалансов торцовых шлифовальных кругов / Жигалов Р. В., Гусев В. Г., Швагирев П. С.; заявл. 26. 08. 09 ; опубл. 27. 04. 11. Бюл. № 12. .(Соискатель -35 %)

Публикации в других изданиях:

7. Гусев, В. Г. Выбор схемы сегментов, обеспечивающей повышение стойкости дискретного торцового шлифовального инструмента / В. Г. Гусев, П. С. Швагирев, А. В. Морозов // Повышение качества продукции и эффективности производства. (Серия. «Технические науки») : материалы

Междунар. науч.-техн. конф. - Вестник Курганского ун-та, 2006. - Вып. 2. Ч. 1. - С. 145-146. - ISBN 85-86328-821-3.

8. Гусев, В. Г. Прессование сегментов с дискретной режущей поверхностью для плоского торцового шлифования / В. Г. Гусев, П. С. Швагирев, А. В. Морозов, // Повышение качества продукции и эффективности производства. (Серия. «Технические науки») : материалы Междунар, науч.-техн. конф. - Вестник Курганского ун-та, 2006. - С. 34 - 36. - Вып. 2. Ч. 1. - С. 34

- 36. - ISBN 85-86328-821 -3.

9. Гусев, В. Г. Температура поверхностей, шлифуемых дискретными и сплошными абразивными кругами / В. Г. Гусев, А. В. Морозов, П. С. Швагирев // Теплофизика технологических процессов : материалы Всерос. науч.-техн. конф. - Рыбинск : РГАТА, 2005. - С. 24 - 26. - ISBN 5-88435180-1.

Ю.Гусев, В. Г. Устройство для подвода СОЖ в зону плоского дискретного торцового шлифования / Гусев В. Г., П. С. Швагирев, Р. В. Жигалов // Инструментальные системы машиностроительных производств. (Серия. «Инструментальные и метрологические системы») : сб. материалов Междунар. науч.-техн. конф. / Вестник ТулГУ, 2008. - С. 11. - ISBN 978-5-76791044-8.

11.Швагирев, П. С. Дискретизация абразивных сегментов выполнением каналов на установочной базовой плоскости / П. С. Швагирев // Инновационные технологии в автоматизированном машиностроении и арматуростроении : материалы Междунар. науч.-техн. конф. - Курган: изд-во Курган, гос. ун-та, 2010. - С.157 - 163. - ISBN 978-5-4217-0055-5.

12.Швагирев, П. С. Плоское торцовое шлифование кругами, оснащенными дискретными абразивными сегментами / П. С. Швагирев // Молодежь и наука : реальность и будущее : материалы III Междунар. науч.-практ. конф.

- Невинномысск: изд-во Невинномыс. ин-та экон., управления и права.

13.Швагирев, П. С. Направления совершенствования процесса плоского торцового шлифования / П. С. Швагирев, С. А. Назаренков // Актуальные проблемы машиностроения : материалы Всерос. науч.-техн. конф. / Владимир. гос. ун-т ; под ред. В. Ф. Коростелева. - Владимир, ПУ «РОСТ» ВООО ВОИ, 2011,- С. 91 - 93. - ISBN 978-5-93907-061-4.

Подписано в печать 10.11.11. Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз. Заказ Издательство Владимирского государственного университета. 600000, Владимир, ул. Горького, 87.

Введение.

Процессы шлифования материалов занимают достойное место среди широко распространенных видов механической обработки в силу того, что они обеспечивают сравнительно низкую технологическую себестоимость, шероховатость, волнистость и высокую геометрическую точность шлифованных поверхностей. Шлифование постоянно совершенствуется: разработаны новые абразивные материалы, конструкции шлифовальных кругов, составы смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), способы отвода тепла из зоны резания и др., что позволило расширить режимы бездефектного шлифования и повысить качество обработанных деталей. Получило дальнейшее развитие шлифование кругами с дискретной режущей поверхностью, которое обеспечивает положительные результаты при сравнительно небольших финансовых затратах, связанных с его практической реализацией.

Вместе с этим, существуют и разрабатываются новые процессы шлифования сборными абразивными кругами, характеризующиеся контактным взаимодействием режущих элементов инструмента и обрабатываемой заготовки одновременно по нескольким площадкам (назовем такой процесс многоточечным шлифованием). Многоточечное шлифование характеризуется значительно более высокой производительностью по сравнению с широко распространенным одноточечным шлифованием, при котором инструмент взаимодействует с заготовкой лишь по одной площадке. Однако, в процессе реализации многоточечного шлифования, вследствие контакта инструмента и заготовки одновременно по нескольким площадкам, возрастает количество источников тепла, что приводит к интенсивному тепловыделению и повышению температуры в зоне резания, вызывающей термические повреждения шлифованного поверхностного слоя деталей. Распространенное плоское торцовое шлифование сегментными кругами является многоточечным, а швтжшшшшттт ИНШШШИИ И II 1В 1ИЛШИ ШН1Ш11Ш ■■■■ Я НШНШВШШШНШИ «11 1111 «,,11111111- ■ НИ ИМЯ ВВИНШН! 6 площадь контакта абразивных сегментов с заготовкой достигает нескольких сотен квадратных сантиметров. В процессе плоского торцового шлифования известными кругами сегменты прижаты силой резания к обрабатываемой поверхности, вследствие чего доставка СОЖ в места контактна режущих абразивных зерен и связки с металлом заготовки невозможна.

В условиях, когда роль СОЖ практически нивелирована, обеспечение высокого качества поверхностного слоя возможно лишь путем значительного уменьшения режима резания, что неизбежно приводит к снижению производительности процесса обработки.

Из сказанного выше следует, что проблема обеспечения высокой производительности и качества деталей при плоском торцовом шлифовании абразивными сегментами со сплошной режущей поверхностью на данном этапе не решена, а поэтому необходимо проводить дальнейшие научно-исследовательские, опытно-конструкторские работы по снижению тепловой напряженности процесса.

Таким образом, разработка инструмента и процесса плоского торцового шлифования, обеспечивающего высокие скорости отвода тепла из зоны резания, повышение качества и производительности технологических операций, является актуальной научно-технической задачей.

Целью данной работы является повышение качества деталей и производительности процесса плоского торцового шлифования путем дискретизации режущей поверхности абразивных сегментов и подвода смазочно-охлаждающей жидкости в плоскость резания.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

-проанализировать схемы дискретизации режущей поверхности абразивных сегментов и обосновать выбор схемы для практической реализации;

-на основе анализа напряженного состояния разработать методику расчета дискретных абразивных сегментов, обеспечивающую их высокую штчш&шжшшчшшштшмш та и ■■ лшмивш im an и»* ж um ihibik iibuiliii ju i tu и» bihiliiiiii i a Ii* ■ ■■iniiaiuiiwiBJJiHHUBHHH 8 для доставки СОЖ в плоскость резания.

Работа содержит решение научно-технической задачи, заключающейся в разработке высокоэффективного инструмента и процесса дискретного плоского торцового шлифования, позволяющего повысить производительность технологической операции, показатели качества шлифованного поверхностного слоя деталей и уменьшить расход абразивного материала.

Чтобы подвести СОЖ непосредственно в источникам образования тепла в процессе резания, на режущей поверхности сегментов выполнены участки прерывания малой протяженности, которые не только снижают температуру в зоне шлифования за счет термоциклирования заготовки, но и позволяют разогнать СОЖ до скорости резания и направить ее в плоскость резания.

Для обоснованного выбора схемы дискретизации режущей поверхности абразивных сегментов, с целью последующей ее практической реализации, разработаны критерии оценки [20] и выполнен анализ известных и предложенной схем [25].

В итоге проведенного анализа выбрана схема дискретизации, наиболее полно отвечающая разработанным критериям и реализованная в виде продольных глухих каналов на установочной базовой плоскости сегментов.

В результате теоретических исследований напряженного состояния дискретных абразивных сегментов с каналами разработана методика расчета, обеспечивающая высокую их механическую прочность, что позволяет интенсифицировать шлифовальные операции без опасения разрушения сегментов под действием рабочей нагрузки.

Обоснован способ подвода СОЖ по открытым каналам, который реализован на практике и обеспечивает гарантированную ее доставку со скоростью резания в локальные площадки контакта абразивных зерен с металлом обрабатываемой заготовки.

Проведено моделирование температуры заготовки с использованием

II Ш —■——МИД111В1Ы111Ш1111111ННП ШИШШШ!!! 111Ш111;;1В11Ш В111В1Ш111[11иШШ1И11ЦИЫШ111 пшяяш 9 метода конечно-элементного анализа, реализованного в современном САЕ-комплексе CosmosWorks. Моделирование позволило определить степень снижения температуры заготовки за счет дискретизации режущей поверхности сегмента.

Для изготовления дискретных абразивных сегментов разработана пресс-форма и отработан процесс их формования на автоматически действующем прессовом оборудовании.

Недопустимое засорение открытых каналов дискретных сегментов отходами шлифования, обнаруженное в процессе шлифования заготовок, потребовало вскрытия его причины и механизма, для этого проведены исследования аэродинамических потоков, генерируемых быстро вращающимся инструментом.

Приведенное в работе решение ряда сложных вопросов, связанных с обеспечением высокой механической прочности дискретных сегментов, существенным снижением температуры, устранением засорения каналов, гарантированной доставкой СОЖ в плоскость резания и др. позволило разработать методику реализации процесса дискретного плоского торцового шлифования, обеспечивающего повышение качества деталей и производительности процесса обработки.

Научная новизна работы:

-установлены закономерности влияния конструктивно-технологических факторов инструмента и процесса дискретного плоского торцового шлифования сегментами с каналами и подводом СОЖ в плоскость резания на показатели качества деталей, скорость съема металла, расход абразива, коэффициент шлифования и производительность технологической операции;

-впервые вскрыт механизм засорения каналов абразивных сегментов отходами шлифования и предложены технические решения, направленные на устранение засорения путем создания преграды движущимся аэродинамическим потокам в виде электромагнитного поля или высоконапорных струй жидкости, генерируемых вращающимся инструментом. Решения защищены патентами РФ № 2385215, 24171494;

Автор выносит на защиту:

- анализ напряженного состояния дискретного абразивного сегмента с продольными каналами, обоснование инерционного способа подачи СОЖ в плоскость резания;

- процесс формования дискретных абразивных сегментов с каналами;

- конструкцию, аэродинамику дискретного торцового шлифовального инструмента и технические решения по устранению засорения каналов сегментов отходами шлифования;

- аналитические и экспериментальные модели показателей качества и производительности процесса дискретного плоского торцового шлифования и методику его реализации.

Практическая значимость и реализация работы Предложено производству:

-конструкция пресс-формы и абразивного сегмента с открытыми каналами, а также процесс формования сегментов;

-конструкция дискретного инструмента для плоского торцового шлифования, обеспечивающая подвод СОЖ в плоскость резания;

-методика реализации эффективного процесса дискретного плоского торцового шлифования.

Шлифовальный инструмент и процесс дискретного плоского торцового шлифования испытаны и рекомендованы к внедрению в условиях ОАО «Производственное объединение Муромский машиностроительный завод». В условиях механического завода № 8 (г. Касимов) используются чертежи пресс-формы и режим обработки свободным абразивом рабочих поверхностей пуансонов и продольных стержней. Результаты работы используются в учебном процессе кафедры «Технология машиностроения» Владимирского

ИМИИ— ■■■■■.МИМ,НИ ИМИII Ц|| Ш 1(11 11 ■ ■ ■■11Н1Ш1111В11 ■■ 111МШ1Н1Н1Ш11ШЯ1Л11НИ1Ш1II

11 государственного университета.

Апробация работы

Основные положения диссертации доложены на Всероссийской НТК

Теплофизика технологических процессов» (г. Рыбинск: РГАТА, 2005); Всероссийской НТК «Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений» (г. Рыбинск: РГАТА, 2009); Международной НТК «Повышение качества и эффективности производства» (г. Курган: КГУ, 2006); Международной юбилейной НТК «Инструментальные системы машиностроительных производств» (г. Тула, ТулГУ, 2008); Ш-й Международной научно-практической конференции (г. Невинномысск: Невинномысский институт экономики, управления и права, 2009); Международной НТК «Инновационные технологии в автоматизированном машиностроении и арматуростроении» (г. Курган: КГУ, 2010); межкафедральном научно-техническом семинаре механико-технологического факультета и заседаниях кафедры «Технология машиностроения» Владимирского государственного университета.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 научных трудов, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, два патента РФ на изобретение.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основании проведенных исследований решена актуальная научно-техническая задача повышения качества деталей и производительности процесса плоского торцового шлифования путем дискретизации режущей поверхности абразивных сегментов, конструкторско-технологического обеспечения процесса и инерционного подвода смазочно-охлаждающей жидкости в плоскость резания.

2. В результате анализа схем дискретизации режущей поверхности абразивных сегментов выбрана схема, реализованная в виде открытых

Ш1ШШ1ШШИШ !■■■! 111В1111 ■■■МП НИ 11 II■■ШИПИ 11—1111 »■—■1«11И ■ ■ ■!!■■

12 каналов со стороны установочной плоскости сегмента. На основании анализа напряженного состояния сегментов с открытыми каналами разработана методика инженерных расчетов, обеспечивающая высокую их механическую прочность, что позволяет применять дискретные сегменты в процессах интенсивного шлифования, а, следовательно, повысить производительность технологических операций.

3. Исследования теплообмена в зоне резания при подаче СОЖ по открытым каналам сегментов подтвердили возможность уменьшения температуры обрабатываемой поверхности заготовки в 2,5 раза по сравнению с подачей поливом, применяемой в условиях производства. Моделирование температуры с использованием современного САЕ-комплекса С08М08\УХЖК8 показало, что лишь одна дискретизация режущей поверхности сегментов приводит к уменьшению температуры обрабатываемой поверхности заготовки на 40%.

4. Разработаны средства реализации процесса формования сегментов с открытыми каналами и сформулированы требования к прессовому оборудованию и технологической оснастке, обеспечивающие высокую производительность формования и качество сегментов: стержни и пуансон должны изготавливаться заодно целое; максимальный зазор в сопряжении направляющих скалок-втулок - не более 50 мкм, шероховатость рабочих поверхностей пуансонов и стержней Ка < 0,32 мкм, а абразивная масса должна расходоваться в течение 6 часов с момента ее приготовления.

5. Установлено, что дискретный торцовый шлифовальный круг генерирует в процессе работы мощные аэродинамические потоки, которые, двигаясь внутрь инструмента, увлекают отходы шлифования, что приводит к засорению открытых каналов и ухудшению всех показателей процесса. Предложенные решения по устранению засорения каналов основаны на создании преграды движущимся аэродинамическим потокам в виде электромагнитного поля, а также скоростного напора СОЖ и защищены

Hill

HIB

IM патентами Российской Федерации.

6. Установлено, что минутный съем металла при шлифовании дискретным кругом больше в 1,28-2,10 раза, коэффициент шлифования в 610 раз, а минутный расход абразива в 1,8-2,6 раза меньше, чем при обработке известным кругом, что свидетельствует о явных преимуществах разработанного процесса дискретного плоского торцового шлифования с подводом СОЖ в плоскость резания.

7. Доказана возможность применения более твердых дискретных абразивных сегментов (на две-три степени тверже сплошных сегментов) и увеличения бесприжоговой вертикальной подачи инструмента от 0,3 до 0,6 мм/мин, что в сочетании с высокой эффективностью действия СОЖ приводит к повышению качества деталей, увеличению технологической, цикловой и технической производительности соответственно в 1,9; 1,7 и 1,6 раза, а также к экономии абразивного материала. Микротвердость обработанного поверхностного слоя повышается на 35%, а шероховатость поверхности уменьшается с Ra = (1,25 — 1,40)мкм до Ra = (1,0 — 1Д)мкм.

8. Результаты проведенных теоретических, однофакторных и многофакторных экспериментальных исследований позволили создать научную и методическую базу для разработки перспективного шлифовального инструмента и процесса дискретного плоского торцового шлифования с инерционным подводом СОЖ в плоскость резания, значительно опережающих по своим функциональным возможностям существующие аналогичные процессы и шлифовальные инструменты.

Разработанный инструмент и процесс испытаны и рекомендованы к внедрению в производство ОАО «Производственное объединение Муромский машиностроительный завод». Результаты исследований используются в учебном процессе. Ожидаемый годовой экономический эффект, обусловленный повышением производительности процесса шлифования и экономией абразивного материала, составляет около 715 тыс. рублей.

НЦШ1»р1чаи | |ццц и ;ивиш 11ИИ1—МИ»»—1«И1И1 1Ш (ШШПЕШШВШЩШКНИП ШШП ШНШН1В

14

Выводы

1. Для реализации процесса плоского торцового шлифования с использованием разработанного инструмента необходимо выполнить следующие процедуры: назначить твердость дискретных абразивных сегментов на две-три степени выше твердости стандартных абразивных сегментов, рассчитать число и размеры продольных каналов сегментов и проверить механическую прочность дискретных сегментов путем расчета опасных сечений по разработанной методике; использовать электромагнитное устройство, уменьшающее засорение инструмента отходами шлифования, и картонные прокладки, изолирующие продольные каналы сегментов.

2. Предложена методика реализации эффективного процесса дискретного плоского торцового шлифования, содержащая рекомендации по разработке и подготовке к работе дискретного шлифовального инструмента. Для устранения бесполезных утечек СОЖ и гарантированной ее доставки в локальные точки контакта абразивного материала сегментов с металлом заготовки подводящие каналы рекомендуется покрывать тонким слоем i шлишшщиш111 iiна 1111111111111.1 !№■■■»'» ■«—при «им щи ■■■11и1«и»ш|шиг ш1ми1н ншвп1ин1

154 влагонепроницаемой пленки, устранить выброс СОЖ вверх из инструмента путем выполнения в верхней части сегмента перегородки, формируемой на стадии прессования дискретного сегмента.

3. Для предварительного шлифования дисков трения назначаем частоту главного вращательного движения дискретного торцового шлифовального круга п = 980 мин-1; частоту вращения рабочего стола с заготовками назначаем пст = (24—32) мин-1; вертикальную подачу дискретного шлифовального инструмента назначаем из условия обеспечения максимального минутного съема металла и достаточности мощности привода главного движения. Этим условиям для шлифования дисков трения соответствует значение вертикальной подачи 5В = 0,4 — 0,6 мм/мин. Рекомендуемый расход смазочно-охлаждающей жидкости С) = (38—40) ■ 10"3м3.

4. Для окончательного шлифования дисков трения режим резания назначаем исходя из обеспечения требуемых показателей качества обработанного поверхностного слоя: шероховатости поверхности, коробления шлифованной поверхности, отсутствия прижогов, Рекомендуемый режим резания: частота вращения дискретного торцового шлифовального круга п = 980 мин-1; частота вращения рабочего стола с заготовками пст = ( 8—12) мин-1; вертикальная подача 5В = (0,1 — 0,3) мм/мин. Рекомендуемый расход смазочно-охлаждающей жидкости (^=(28-30) ■ Ю"3м3.

5. Результаты производственных испытаний дискретного инструмента и процесса полностью подтвердили выводы теоретических исследований и показали явные преимущества разработанного круга. Конкретные данные о повышении эффективности нового процесса и шлифовального инструмента приведены в акте испытаний, представленном в приложении 1.

6. В условиях ООО «Касимовский механический завод №8» используются сборочные чертежи пресс-формы для формования абразивных

I III il JlJ .■■■■■■■■■■■^^■■■■¡¡^^^■■■■■^^■H

155 сегментов трапецеидального поперечного сечения с продольными каналами типа 5СЗ— 150—40 — 80, выполненными на установочной плоскости абразивных сегментов (приложение 2). Используется режимы обработки свободным абразивом рабочих поверхностей пуансона и продольных стержней. Обдувка свободным абразивом позволила устранить ручную доводку рабочих поверхностей пуансонов и жестко прикрепленных к нему стержней до требуемого значения среднего арифметического отклонения профиля Ra <0,32 мкм. Результаты работы используются в учебном процессе.

7. Ожидаемый годовой экономический эффект от повышения производительности процесса дискретного плоского торцового шлифования дисков трения и экономии абразивного материала составляет около семисот пятнадцати тысяч рублей. мцнинщщшдццЩЖЯЯЖШШШЯЩШШЖЖЯШтЖШШЖШт,Ш IIIHIiBIilIiHUBIlHH,HllllVMi

156

1. Абразивная и алмазная обработка материалов : справочник / под ред.

2. A. Н. Резникова. М.: Машиностроение, 1977. - 391 с.

3. Алямовский, A. A. Solid Works: Компьютерное моделирование в инженерной практике / А. А. Алямовский, А. А. Собачкин, Е. В. Одинцов. -СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 800 с. - ISBN 5-94157-558-0.

4. А. с. 1516327 СССР, В24В, 55/02. Устройство для подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при шлифовании торцовым сегментным кругом / В. Г. Гусев ; Опубл. 1989. Бюл. № 39.

5. Багайсков, Ю. С. Формирование рациональной композиционной структуры высокоэффективных абразивных инструментов на связующих различной упругости : автореф. дис. . д-ра техн. наук / Багайсков Юрий Сергеевич. Саратов, 2007. - 32 с.

6. Багайсков, Ю. С. Повышение эксплуатационных показателей изделий из абразивных композиционных материалов : монография / Ю. С. Багайсков,

7. B. М. Шумячер. Волгоград : ВолгГАСУ, 2005. - 200 с.

8. Бикпаленова, Д. Р. Повышение эффективности шлифования путем управления структурно-механическими характеристиками абразивного инструмента на керамической связке : автореф. канд. . техн. наук / Бикпаленова Дина Рамазановна. Волгоград, 2005. - 16 с.

9. Блурцян, Д. Р. Анализ производительности процесса круглого внутреннего шлифования кругами с радиально-подвижными сегментами /im ■ивтнитшншшинпЕЩ! ишшшшиш ■■■■шив иш.миап ияи.ишшш insuuiiBiaiH157

10. Д. Р. Блурцян // Наука о резании материалов в современных условиях : тр. Междунар. науч.-техн. конф. / Изв. Тул. гос. ун-та. (Серия. «Инструментальные и метрологические системы». Ч. 2. 2004. Вып. 1. - С. 50 - 55. - ISBN 5-7679-0585-1.

11. Блурцян, Д. Р. Высокопроизводительный сборный абразивный инструмент для соосного внутреннего шлифования : автореф. дис. д-ра техн. наук / Блурцян Давид Рафикович. М.: МГТУ (Станкин), 2007. - 36 с.

12. Васильев, А. А. Совершенствование процесса плоского глубинного шлифования титановых сплавов с использованием высокопористого абразивного инструмента : автореф. . дис. канд. техн. наук / Васильев Алексей Анатольевич. Волгоград, 2008. - 16 с.

13. Владимиров, JI. В. Определение силы отжатия круга при плоском шлифовании / Л. В. Владимиров // Проблемы качества технологической подготовки : сб. ст. Волгоград, Волжский, 2007. - С. 258 - 261. - ISBN 978598276-128-8.

14. Гусев, В. Г. Технология плоского дискретного шлифования: учеб. пособие / В. Г. Гусев, В. В. Морозов; под ред. Гусева В. Г. Владимир: изд-во Владим. гос. ун-та, 2007. - 344 с. - ISBN 978-5-89368-825-2.

15. Гусев, В. Г. Моделирование съема металла при плоском торцовом шлифовании неуравновешенным кругом / В. Г. Гусев, Р. В. Жигалов, П. С. Швагирев // Станки и инструмент. 2010. - № 8 . - С. 26 - 30.

16. Гусев, В. Г. Выбор схемы дискретизации режущей поверхности шлифовального круга / В. Г. Гусев, А. В. Морозов, П. С. Швагирев // Станки и инструмент. 2009. - № 6. - С. 15 - 19.

17. Гусев, В. Г., Морозов А. В., Швагирев П. С. Критерии оценки дискретных кругов и их влияние на динамику процесса шлифования

18. Станки и инструмент, 2009. № 5. - с. 16 - 20.

19. Междунар. науч.-техн. конф. / Известия Тул. гос. ун-та. (Серия. «Инструментальные и метрологические системы»). Вып. 1. Ч. 2. 2004. - С. 74 - 79. - ISBN 5-7679-0585-1.

20. Гусев, В. Г. Прессование сегментов с дискретной режущей поверхностью для плоского торцового шлифования / В. Г. Гусев, А. В.

21. BU■1НЦИЯШН■¡■■HUI ШН1ШН11Щ l ll.BÜ ■ИШИ1 UJUIÜIL Li,* ШИ11 l lli ■■IIIIIU111МИМИ1160

22. Долганов, А. М. Технологическое обеспечение эффективности шлифования с вихревым охлаждением воздухом / А. М. Долганов, Т. Н. Иванова // Технология металлов. 2007. № 2 - С. 10-14.

23. Евсеев, Д. Г. Формирование свойств поверхностных слоев при абразивной обработке / Д. Г. Евсеев. Саратов, 1975. - 127 с.

24. Жигалов, Р. В. Повышение производительности плоского торцового шлифования путем уменьшения технологических и эксплуатационных дисбалансов инструмента : автореф. дис. . канд. техн. наук / Жигалов Роман Валерьевич. — Орел, 2010. 18 с.

25. Зенкевич, О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич. -М.: Мир, 1975.-541 с.

26. Исаченко, В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С. Сукомел. М.: Энергия, 1975. - 488 с.

27. Калинин, Е. П. Научные основы интенсивного бесприжогового шлифования сталей и сплавов с учетом степени затупления инструмента : автореф. дис. . д-ра техн. наук / Калинин Евгений Пинхусович. Санкт-Петербург, 1995. - 32 с.

28. Козлов, А. М. Повышение качества и точности цилиндрических деталей при шлифовании / А. М. Козлов. Липецк : ЛГТУ, 2004. - 181 с.

29. Козлов А. М. Повышение производительности шлифования путем управления строением рабочего слоя шлифовального круга / А. М. Козлов, А.мммиаишшшн i шяшшшшл

30. Е. Косых // Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения (ТМ 2011) : сб. тр. III Междунар. науч. техн. конф. - Брянск: изд-во Десяточка, 2011. - С. 52 - 54. -ISBN 978-5-91877-057-3.

31. Курдюков, В. И. Научные основы проектирования, изготовления и эксплуатации абразивного инструмента / Курдюков В. И. : автореф. дис. . д-ра техн. наук. Саратов, 2000. - 32 с.

32. Кутателадзе, С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление : справ, пособие. / С. С. Кутателадзе. М.: Энергоатомиздат, 1990.-367 с.

33. Лыков, А. В. Тепломассообмен : справочник / А. В. Лыков. М.: Энергия, 1978.-480 с.

34. Миронычев, Н. А. О повышении размерной стойкости профильных шлифовальных кругов / Н. А. Миронычев, А. В. Соколов // Проблемы качества технологической подготовки : сб. ст. Волгоград, Волжский, 2007. - С. 131 - 134. - ISBN 978-598276-128-8.

35. Морозов, А. В. Исследование процесса плоского периферийного шлифования кругом с лазерной дискретизацией режущей поверхности :

36. Ulli ILUlll Hill шт. 1 Hl ■IILHUJLI ■■ИМШИШ!163автореф. дис. . канд. техн. наук / Морозов Алексей Валентинович. М.,2010.-17 с.

37. Осипов, А. П. К вопросу об адаптивном управлении процессом шлифования // Проблемы качества технологической подготовки : сб. ст. -Волгоград, Волжский, 2007. С. 277 - 280. - ISBN 978-598276-128-8.

38. Пат. № 2385216 Российская Федерация, B24D, 7/00. Дискретный шлифовальный инструмент / Гусев В. Г., Морозов А. В., Швагирев П. С. Опубл. 2010. Бюл. № 9.

39. Пат. № 2385215 Российская Федерация, МПК В24В, 55/02. Устройство для подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при плоском торцовом шлифовании / Гусев В. Г., Жигалов Р. В., Швагирев П. С. Опубл.Бюл. 2010. № 9.

40. Пат. № 2417149 Российская Федерация, МПК В24В, 55/00. Электромагнитное устройство для предотвращения эксплуатационных дисбалансов торцовых шлифовальных кругов / Жигалов Р. В., Гусев В. Г., Швагирев П. С. Опубл. 2011. Бюл. № 12.

41. Пат. № 6846233 США, В24 1/00. Сегментный шлифовальный круг / Такеши Ноногава, Томохару Кондо. Опубл. 2005.

42. Пат. № 2319600 Российская Федерация, B24D 5/14. Шлифовальный круг / Бутенко В. И., Диденко Д. И. Опубл. 2008. Бюл. № 8.

43. Пат. № 2309035 Российская Федерация, В24В 1/00. Способ шлифования поверхностей / Свирщев В. И., Степанов Ю. Н., Вольнов Д. Н. и др. Бюл. 2007. № 30.шн шпаниымавшмшяммаш шш итшвшшшшатшмтткшяяютнштштштштишшят164

44. Пат. № 2282531 Российская Федерация, B24D 5/14. Абразивный круг / Бутенко В. И., Диденко Д., Рыбинская Т. А. и др. Опубл. 2006. Бюл. № 24.

45. Переладов, А. Б. Расчет сил резания при шлифовании / А. Б. Переладов, И. В. Кожевников // Проблемы качества технологической подготовки : сб. ст. Волгоград : Волжский, 2007. - С. 289 - 291. - ISBN 978-598276-128-8.

46. Подборнов, И. В. Повышение эффективности и качества чистовой обработки плоских поверхностей методом торцового планетарного шлифования : автореф. дис. . канд. техн. наук / Подборнов Игорь Вячеславович. Пермь, 2011. - 22 с.

47. Полянчиков, Ю. Н. Научные основы создания и применения однокомпонентного абразивного инструмента, формируемого импульсным прессованием и высокотемпературным спеканием / Ю. Н. Полянчиков. -Саратов, 2002. 336 с.

48. Степанов, Ю. С. Прогрессивные конструкции шлифовальных кругов / Ю. С. Степанов и др.. Орел : ОрелГТУ, 1999. - 38 с.

49. Прогрессивные технологии в машиностроении : темат. сб. науч. тр. Компьютерная версия. 2-е изд., перераб. - Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2005.- 161 с.

50. Прохоренко, В. П. Solid Works, прак. рук. / В. П. Прохоренко. М.: ООО Бином-Пресс, 2004. - 448 с.

51. Ракитина Виктория Вадимовна. Рыбинск, 2010. - 16 с.

52. Резников, А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов / А. Н. Резников. М.: Машиностроение, 1981. - 279 с.

53. Резников, А. Н. Тепловые процессы в технологических системах : учеб. для вузов / А. Н. Резников, Л. А. Резников. М.: Машиностроение, 1990. - 288 с. - ISBN 978-5-4217-0055-5.

54. Свирщев, В. И. Прогнозирование формирования шероховатости поверхности при плоском торцовом планетарном шлифовании / В. И. Свирщев, И. В. Подборнов, В. К. Флегентов // Технология машиностроения. -2010. № 12.-С. 14.-16.

55. Сегерлинд, Л. Применение метода конечных элементов / Л. Сегерлинд. М.: Мир, 1979. - 392 с.

56. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки металлов резанием : справочник / под ред. О. Г. Энтелиса. М.: Машиностроение, 1985. -352 с.

57. Смирнов, В. А. Способ эффективного вибропоглощения при плоском шлифовании периферией круга / В. А. Смирнов // Проблемы качества технологической подготовки : сб. ст. Волгоград, Волжский, 2007. - С. 256 -258. - ISBN 978-598276-128-8.

58. Сопельцев, А. В. Теплофизика процесса обдирочного шлифования / А. В. Сопельцев // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2010. - № 4 - 2 (282). - С. 32 - 36. - ISSN 2073-7408.

59. Старков, В. К. Шлифование высокопористыми кругами / В. К. Старков. М.: Машиностроение, 2007. - 688 с. - ISBN 978-5-217-03386-7. 74. .74.Степанов, Ю. С. Дискретное внутреннее шлифование / Ю. С.

60. HBaimiiiihiiiJwMiwiJw— n i шн iiiiiiiiiiiaiiuiттшшikihihhii HIBBHMiihiiiluiii166

61. Степанов, В. Г. Гусев, Б. И Афанасьев. М.: Машиностроение 1, 2004. - 190 с.-ISBN 5-94275-117-Х.

62. Суслов, А. Г. Научные основы технологии машиностроения / А. Г. Суслов, А. М. Дальский. -М.: Машиностроение, 2002. 684 с.

63. Тику, Ш. Эффективная работа : Solid Works 2004 / Ш. Тику - СПб.: Питер, 2005. - 768 с. - ISBN 5-94723-841-1.

64. Федотова, С. А. К вопросу о высокоскоростных шлифовальных кругах / С. А. Федотова // Проблемы качества технологической подготовки : сб. ст. Волгоград, Волжский, 2007. - С. 126 - 131. - ISBN 978-598276-128-8.

65. Харцбекер, К. Высокоскоростное шлифование закаленных сталей без охлаждения / К. Харцбекер // Вестник машиностроения. 2002. - № 9. - С. 43-50.

66. Шумячер, В. М. Разработка устройств для рациональной подачи СОЖ в зону шлифования / В. М. Шумячер, В. А. Деменков // Проблемы качества технологической подготовки : сб. ст. Волгоград, Волжский, 2007. - С. 316 - 319. - ISBN 978-598276-128-8.

67. Шумячер, В. М., Кадильников А. В. Модель взаимодействия абразивного зерна и обрабатываемого материала при шлифовании. Схема стружкообразования // Технология машиностроения.-2007. № 4. - С. 18-21.

68. Якимов, А. В. Прерывистое шлифование / А. В. Якимов. Киев; Одесса : Вища шк., 1986. - 176 с.

69. Ящерицын, П.И. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах / П. И. Ящерицын, М. JI. Еременко, Е. Э. Фельдштейн. Минск: Вышэйш. шк., 1990. - 512 с.

70. A Preliminary Study on an Improved Grinding Process Integrated with Induction Heating Technology / Gang Wang, Xuekun Li, Yiming Kevin Rong, Liang He. Published in the Transactions of NAMRI/SME, Vol. 38, 2010 . P. 121-127.

71. Cassidy W. J. User friendly CDN grinding // Tool and Production, 1989. Vol. 55. #2.-P. 46-48.

72. Changsheng Guo, Stephen Malkin. Thermal Analysis of Grinding. Annals of the CIRP, Vol. 56, 2007.

73. Damlos H. H. Profilschleifen im pendel und tiefschleif // Schleifen, Honen. Lappen und Polieren. Verfahren und Maschinen / E. Salje, Jahrb. 51 Ausg. Essen: Vuklan. Verlag, 1982. -S. 203-212.

74. Hans Kurt Tonshoff, Thomas Friemuth, University of Hannover, Hannover, Germany. The Cutting Tool Performance Depends on the Tool Grinding Process. Product Information 13 PP. Published: Jan 10, 1999.

75. Jobst G. Super abrasives for mass production grinding of mild steel with CBN // Ind. Diamond Rev, 1980. 10. P. 372 - 377.

76. Kremen Z. I. A new generation of high porous vitrified CBN wheels / Industrial Diamond Review, 2003. № 4. - P. 53 - 56.

77. Peiqi Ge, Jianhua Zhang, Tien-Chien Jen, Lei Zhang. Study on the Coolant Supply Method in Grind-Hardening. Published in the Transactions of NAMRI/SME, Vol. 36, 2008-P. 349-355.1.IUIIIIBIHIi

78. Peter Herzenstiel, Jan Aurich. Experimental Investigation of Wet and Dry Grinding Using a Grinding Wheel with a Defined Grain Pattern. Published in the Transactions of NAMRI/SME, Vol. 37, 2009. P. 81 - 88.

79. Stephen Malkin, Changsheng Guo. Energy Partition and Cooling During Grinding. SME Identification Product ID : TP99PUB63. Published: Jan 10, 1999.

80. Stephen Malkin, Uppiliappan Sridharan. Effect of Minimum Quantity Lubrication (MQL) with Nanofluids on Grinding Behavior and Thermal Distortion. Published in the Transactions of NAMRI/SME, Vol. 37, 2009. P. 629 -636.

81. Tetsuya Suto, Tohru Waida, Kazuo Mori, Hideo Inoue. Loading on Whell Surface in Precision Traverse Grinding. Bull. Japan Soc of Prec. Engg., Vol. 17, 1983.-No. 4.

82. Tribological Study of Nano Lubricant Integrated Soybean Oil for Minimum Quantity Lubrication (MQL) Grinding / W. Jiang, A. Shih, P. Kalita, A. Malshe. Product Information 10 PP, Published in the Transactions of NAMRI/SME, Vol. 38, 2010. P. 137. - 144.

83. Verkerk J., Pekelharing A. J. The influence of dressing operation on productivity in precision grinding // CIRP Ann., 1979. Vol.28. P. 487.-495.

84. Yo N.E., Peace T.R.A. Some observation on profile wear in creep feed grinding // Wear, 1983. Vol. 92. P. 51.-66.107. Http://www.abrasives.ru

85. Http://www.atlantic-bonn.ru109. Http://www.abraziv.ru