автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Совершенствование методики оптимизации вибрационной обработки на основе новой модели контактного взаимодействия

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Сущность и технологические возможности вибрационной обработки

1.2 Краткий обзор работ в области виброабразивной обработки

1.3 Цели и задачи исследования.

2.ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВИО НА ОСНОВЕ НОВОЙ МОДЕЛИ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

2.1 Исследование процесса единичного взаимодействия с учетом динамического состояния среды и свойств обрабатываемого материала

2.2 Исследования статистики контактных взаимодействий

2.3 Определение съема с поверхности детали

2.4 Расчет параметров установившейся шероховатости

2.5 Расчет времени обработки

3.METO ДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Технологическое оборудование

3.2 Приборы и приспособления для экспериментальных исследований

3.3 Выбор материалов для образцов

3.4 Исследование формы и размеров следов единичного взаимодействия

3.5 Исследование производительности и качества поверхностного слоя при виброабразивной обработке

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

4.1 Исследование единичных следов взаимодействия

4.2 Исследование съема металла с поверхности детали

4.3 Исследование шероховатости обработанной поверхности для различных материалов

5. ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ВИБРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ

С УЧЕТОМ СПЕЦИФИКИ ОБРАБАТЫВАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА

5.1 Методические вопросы оптимизации

5.2 Общая структура САПР ТП

5.3 Параметрическая оптимизация технологических операций

5.4 Оптимизация многоступенчатых технологических процессов

5.5 Оптимизация расчета технологических параметров обработки

5.6 Промышленная реализация результатов исследований и технико-экономическая эффективность обработки свободными абразивами

Научно-технический прогресс и связанное с ним увеличение количества и ложности создаваемых изделий новой техники приводят к резкому возрастанию рудоемкости и сложности конструкторских и технологических работ. Наблюда-тся устойчивая тенденция к увеличению доли инженерного труда в общей тру-оемкости изделий. Основной причиной этого является несоответствие между ровнем и темпами механизации и автоматизации физического труда и труда ТР.

Современные САПР ТП позволяют автоматизировать проектирование опе-аций механической обработки деталей на обычных металлорежущих станках. Наиболее успешно такие системы применяются для технологических процессов бработки деталей лезвийным инструментом. Однако процессы обработки дета-ей машин как правило включают в качестве отделочной операции абразивную бработку. При этом для простых по форме деталей обычно применяются мето-ы обработки закрепленным абразивом, а для деталей сложной формы - свобод-ыми абразивами. Такие методы позволяют сочетать высокую производитель-ость обработки с хорошим качеством обработанной поверхности деталей сложной конфигурации из различных материалов, при простом по конструкции обо-удовании.

Одним из наиболее широко распространенным методом обработки свободным абразивом является вибрационная обработки. До настоящего времени в области вибрационной обработки еще не выявлены аналитические зависимости, связывающие комплекс механических свойств материала обрабатываемой детали и геометрические параметры абразивного инструмента с производительностью и качеством виброабразивной обработки. Технологическое проектирование процессов виброабразивной обработки с учетом комплекса свойств материала детали является научной задачей, в которой в сложной взаимосвязи переплетаются вопросы синтеза, моделирования, анализа, оценки, оптимизации и отбора вариантов. 5

Решению этой научной задачи и посвящена настоящая работа.

На основании анализа состояния вопроса разработана новая модель абра-ивного инструмента и модель единичного взаимодействия гранулы с поверхно-тью детали, позволяющие учесть влияние комплекса механических свойств об-абатываемой детали и геометрические параметры абразивного инструмента.

Для группы конструкционных материалов определены значения параметров одели единичного съема, позволяющие прогнозировать интенсивность процес-а виброабразиной обработки, в зависимости от свойств материала.

На основе новых моделей внесены изменения в методику расчетов произ-одительности и качества виброабразивной обработки, а также в систему САПР П обработки свободными абразивами.

Работа выполнена на кафедре "Технология машиностроения" Донского го-ударственного технического университета.

9. Результаты работы промышленно апробированы на ОАО «Заводе КВАНТ».

1. Абразивная и алмазная обработка материалов:Справочник /Под ред. А.Н. Резникова.- М.: Машиностроение, 1977. 391 с.

2. Адлер Ю.П. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Адлер Ю.П., Марков Е.В., Грановский Ю.В. М.: Наука, 1971. -270с.

3. Александров В.М. Кадомцев И.Г. Царюк Л.Б. Осесимметричные контактные задачи для упругопластических тел. Трение и износ. 1984. Т.1. №1.с. 16-26.

4. Александров В.М. Пашовкин Ю.М. Контактная задача для полуплоскости с покрытием переменной толщины // Трение и износ. 1989. 10. №6. с.973-980.

5. Бабичев А.П. Вибрационная обработка деталей. М.: Машиностроение, 1974. -134 с.

6. Бабичев А.П. Исследование технологических основ процессов обработки деталей в среде колеблющихся тел с использованием низкочастотных вибраций: Дис. д-ра техн. наук: 05.02.08. Ростов н/Д, 1975. - 462 с.

7. Бабичев А.П. Основы вибрационной технологии: Учеб. пособие.-Ростов н/Д, 1994.- 187 с.

8. Бабичев А.П., Мишняков Н.Т. Теоретико-вероятностная модель процесса виброобработки плоской детали в случае эллиптических пятен контакта / Прогрессивная отделочно-упрочняющая технология: Межвуз. сб. Ростов н/Д, 1981.-С. 8- 10.

9. Бобров В.Ф. Основы теории резания металлов. М.: Машиностроение, 1975. -344 с.

10. Богомолов Н.И. О работе трения в абразивных процессах /Труды ВНИНАШ. -1965.-N1.-С. 27 -29.

11. Бурштейн И.Е. и др. Объемная вибрационная обработка/Бур штейн И.Е., Балицкий В.В., Духовский А.Ф. М.: Машиностроение, 1981.- 52 с.

12. Ваксер Д.Б. Пути повышения производительности абразивного инструмента при шлифовании. М.: Машиностроение, 1964. - 123 с.

13. Вентцель Е.С. Овчаров JI.A. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Наука, 1988. - 480 с.

14. Вероятностно-статистические основы процессов шлифования и доводки. JL: Изд-во СЗПИ, 1974. - 154 с.

15. Вероятностный анализ процесса изнашивания / Кордонский Х.В., Харач Г.М., Артамоновский Б.П., Непомнящий Е.Ф. М.: Наука, 1968.-56с.

16. Виноградов В.Н. и др. Абразивное изнашивание / Виноградов В.Н., Сорокин Т.М., Колокольников М.Г. М.: Машиностроение, 1990. - 224 с.

17. Виноградов и др. Изнашивание при ударе/Виноградов В.Н.,Сорокин Г.М., Албагагиев А.Ю. М.: Машиностроение, 1982. - 192 с.

18. Виноградов В.Н. Бирюков В.И. Назаров С.И. Экспериментальные исследования реакции материала при ударе сферической частицы / Трение и износ. 1982,- ТЗ, N1.- С.160-164.

19. Вульф A.M. Мурдасов A.B. Геометрические параметры режущих элементов абразивных зерен шлифовального круга/ Абразивы.- 1968. N1. - С. 19-24.

20. Гаркунов Д.Н. Триботехника. -М.: Машиностроение, 1985.-424с.

21. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1972. - 368 с.

22. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей.-М.:Наука,1988.-448с.

23. Григорович В.К. Твердость и микротвердость металлов.-М."Наука, 1976.-230с.

24. Гудков A.A. Славский Ю.И. Метод измерения твердости металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1982. - 168с.

25. Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. М.: Мир. 1989. - 510с.

26. Дрозд М.С. Определение механических свойств металла без разрушения. М.: Металлургия, 1965. - 172 с.

27. Дунин-Барковский И.В. Карташова А.Н. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности,- М.: Машиностроение, 1978. 232 с.

28. Евсеев Д.Г. Формирование свойств поверхностных слоев при абразивной обработке. Саратов: Изд-во Саратов, ун-та, 1975,-127с.

29. Ермаков Ю.М. Степанов Ю.С. Современные тенденции развития абразивной обработки.-М.1991.-53с.(Машиностр. пр-во. Сер. Технология и оборуд. обработки металлов резанием: Обзор информ./ВНИИТЭМР; вып.З).

30. Ефимов В.В. Научные основы техники подачи СОЖ при шлифовании. -Саратов: Изд-во Саратов.ун-та,1985.-140с.

31. Кадомцев И.Г. Осесиметричная упругопластическое соударение двух тел, одно из которых коническое// Изв. СКНЦ ВШ. 1990. №4. С.50-54.

32. Калинин Е.П. Шашков М.А. Анализ схемы расположения абразивных зерен в объеме шлифовального круга//Изв. вузов. Машиностр. -1986. N6. - С. 136 -140.

33. Калинин Е.П. Определение толщин срезов металла абразивными зернами при различных схемах шлифования//Изв. вузов. Машиностр.-1992.-Ш-3.-С.140-145.

34. Карпенко Г.В. Физико-химическая механика конструкционных материалов.-Киев:Наук.думка,1985.-Т.1.-228с.

35. Карпенко Г.В. Работоспособность конструкционных материалов в агрессивных средах.-Киев:Наук.думка,1985.-Т.2.-240с.

36. Краташов И.Н., Шаинский М.Е., Власова В. и др. Обработка деталей свободным абразивом в вибрирующих резервуарах. Киев. Висша школа. 1975.

37. Кащеев В.Н. Абразивное разрушение твердых тел. -М.: Наука, 1970. 248 с.

38. Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. М.Машиностроение,1978. 213с.

39. Коган Э.А. Технологические задачи механики объемной вибрационной обработки:Дис. .канд.техн.наук: 05.02.08.-Рига, 1974., 170с.

40. Комбалов B.C. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ.-М.:Наука,1974.-112с.

41. Королев A.B. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке. Саратов: Изд-во Саратов.ун-та, 1975.-191 с.

42. Королев A.B. Новоселов Ю.К. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки.- Саратов:Изд-во Саратов.ун-та, 1989.-320с.

43. Корчак С.Н. Производительность процесса шлифования стальных деталей.-М. Машиностроение, 1974.-280с.

44. Костецкий Б.Н. Колисниченко Н.Ф. Качество поверхности и трение в машинах.-Киев:Техника, 1969.-215с.

45. Крагельский И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ/ Крагельский И.В., Добычин М.Х., Комбалов В.С.-М.: Машиностроение, 1977.-526с.

46. Кроха В.А. Упрочнение материалов при холодной пластической деформации: Справочник. М.: Машиностроение, 1980. - 157с.

47. Кулаков Ю.М. Хрульков В.А. Отделочно-зачистная обработка деталей. -М. Машиностроение, 1979.-216с.

48. Лебедев A.A. Ковальчук Б.И. и др. Справочник. Механические свойства конструкционных материалов при сложном напряженном состоянии. Киев. Наукова думка. 1983.

49. Лукьянов B.C. Рудзит Я.А. Параметры шероховатости поверхности. -М.:Изд-во стандартов, 1979.-162с.

50. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости.-М. Машиностроение, 1979.-191с.

51. Маслов E.H. Постникова Н.В. Основные направления в развитии теории резания абразивным, алмазным и эльборовым инструменте м,-М. Машиностроение, 1975 .-48с.

52. Маслов E.H. Теоретические основы процессов царапания металлов//Склерометрия. М.:Наука,1968.-С.24-44.

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

54. Маталин A.A. Технологические методы повышения долговечности машин.-Киев:Техника, 1971 .-144с.

55. Матлин М.М. Определение параметров первоначально точечного упругопластического контакта по физико-механическим свойствам контактирующих тел// Проблемы машиностроения и автоматизации. 1993. №5.с.11-20.

56. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел.-М.:Наука, 1977.-222с.

57. Непомнящий Е.А. Кремень З.И. Массарский М.Л. О закономерностях образования микрорельефа поверхностей при обработке потоком абразивных частиц//Изв. вузов. Машиностроение.-1984.-N2.-С.117-121.

58. Непомнящий Е.Ф. Трение и износ под воздействием струи твердых сферических частиц.// Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа.-М.:Наука, 1971.-С. 190-200.

59. Обработка деталей свободными абразивами в вибрирующих резервуарах/Карташов H.H., Шаинский М.Е., Власов В.А. и др.-Киев:Вища школа, 1975.-188с.

60. Овсянников А.Ш. Управление уровнем технологии механической обработки материалов.- Новосибирск:Наука. Сиб. отделение, 1989.-264с.

61. Островский В.И. Теоретические основы процесса шлифования. Л.:Изд-во Ленингр.ун-та, 1981 .-144с.

62. Отделочные операции в машиностроении. Справочник/Под общ.ред. H.A. Руденко.- 2-е изд.,перераб. и доп.-Киев:Техника, 1990,-150с.

63. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара.-Л.: Машиностроение, 1976.-320с.

64. Пляскин H.H. Оптимизация технических решений в машиностроении.-М. Машиностроение, 1982.- 176с.

65. Политов И.В. Кузнецов H.A. Вибрационная обработка деталей машин и приборов.-Л.: Лениздат, 1965.-166с.

66. Попов A.C. Жердочкин Д.В. Применение виброабразивной обработки в машиностроении. М.: Машиностроение, 1974. - 140с.

67. Попов М.Е. Основы САПР технологических процессов: конспект лекций / РИСХМ. Ростов н/Д, 1986. - 54с.

68. Попов B.C. Исследование изнашивания легированных сплавов. Автореф. дисс. д-ра технических наук. М. 1973. 41с.

69. Прогрессивные методы абразивной обработки металлов / Под ред. И.П. Захаренко. Киев.: Техника, 1990. - 152с.

70. Прокопец Г.А. Мул А.П. Мишняков Н.Т. Теоретико-вероятностный анализ формирования микрорельефа поверхности при ВиУО // Вопросы вибрационной технологии: Межвуз.сб.науч.тр. Ростов н/Д, 1993.- С.27-36.

71. Разработка САПР: В 10 кн. Кн.1. Проблемы и принципы создания САПР: Практ. пособие / Под ред. A.B. Петрова. М.: Высш. шк., 1990. - 143с.

72. Разработка САПР: В 10 кн. Кн.2. Системотехнические задачи создания САПР / Под ред. A.B. Петрова. М.: Высш. шк., 1990. - 144с.

73. Резников А.Н. Теплофизика резания. М.: Машиностроение, 1969. - 287с.

74. Рудзит Я.Н. Микрогеометрия и контактное взаимодействие поверхностей. -Рига: Зинатне, 1975. 214с.

75. Самодумский Ю.М. Исследование процесса микрорезания, режущих свойств и стойкости абразива при вибрационной обработке: Дис. . канд. техн. наук: 05.02.08. Ростов н/Д, 1973,- 215с.

76. Справочник по технологии резания материалов. В 2-х кн./ Ред. Нем. Изд.: Г.Шпур, Т.Штеферле; Пер. с нем. В.Ф.Колотенкова и др.; Под ред. Ю.М.Соломенцева. М.: Машиностроение, 1982. - 166с.

77. Системы автоматизированного проектирования технологических процессов, приспособлений и режущих инструментов. / С.Н. Корчак, А.А.Колин, А.Г. Ракович, Б.И. Синицын; Под общ. ред. С.Н. Корчака. М.: Машиностроение, 1988.- 352с.

78. Склерометрия. Теория, методика, применение испытаний на твердость царапанием. М.: Наука, 1968. - 220с.

79. Смелянский В.М. Механика формирования поверхностного слоя деталей машин в технологических процессах поверхностного пластического деформирования: Автореф. дис. . д-ра техн. наук: 05.02.08. М., 1986. - 46с.

80. Смелянский В.М. Механика упрочнения поверхностного слоя деталей машин в технологических процессах поверхностного пластического деформирования. М.: Объединение "Машмир", 1992.- 60с.

81. Тамаркин М.А. Технологические основы оптимизации процессов обработки деталей свободными абразивами: Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Ростов н/Д, 1995. - 299с.

82. Тамаркин М.А. Исследование и разработка методических основ расчета оптимальных технологических параметров процесса вибрационной обработки: Дис. . канд.техн. наук: 05.02.08.-Ростов н/Д, 1982. 166с.

83. Тамаркин М.А., Бабичев И.А., Пичко Ю.А. Методика испытаний эксплуатационных показателей абразивных сред для вибрационной обработки // Вопросы вибрационной технологии: Межвуз.сб.-Ростов н/Д, 1991. С.28-31.

84. Тамаркин М.А. Оптимизация технологических параметров процесса вибрационной обработки // Совершенствование процессов отделочно-упрочняющей обработки деталей: Межвуз.сб. Ростов н/Д, 1986. - С.24-28.

85. Тамаркин М.А. Повышение эффективности отделочно-зачистной обработки деталей свободными абразивами // Вопросы вибрационной технологии: Межвуз.сб. Ростов н/Д, 1993. - С.17-21.

86. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. М.: Машиностроение, 1976. - 271с.

87. Ткачев В.Н. Работоспособность деталей машин в условиях абразивного изнашивания. М.: Машиностроение, 1995. - 336с.

88. Триботехнология формирования поверхностей / И.Х.Чеповецкий, С.А. Ющенко, A.B. Бараболя и др.; АН УССР. Ин-т сверхтвердых материалов. -Киев: Наук, думка, 1989. 232с.

89. Третьяков А.В, Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. 2-е изд. М., «Металлургия», 1973,- 224с.

90. Трощенко В.Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении. Киев: Наук, думка, 1981. 344с.

91. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. Изд. 3-е перераб. и доп. В двух частях. Часть вторая. Механические испытания конструкционная прочность. М., «Машиностроение», 1974. 368с.

92. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Исследования изнашивания металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 315с.

93. Характеристики микрогеометрии, определяющие контактное взаимодействие шероховатых поверхностей (методика определения): Руководящие материалы Минстанкопрома / НИИмаш. М., 1973. - 32с.

94. Хусу А.П. и др. Шероховатость поверхностей. Теоретико-вероятностный подход / Хусу А.П., Виттенберг Ю.Р.,Пальмов В.А. М.: Наука, 1975. - 343с.

95. Чеповецкий И.Х. Механика контактного взаимодействия при алмазной обработке. Киев: Наук, думка, 1978. - 228с.

96. Ящерицын П.И. Зайцев А.Г.Повышение качества шлифованных поверхностей и режущих свойств абразивно-алмазного инструмента. -Минск.: Наука и техника, 1972. 480с.

97. Ящерицын П.И. и др. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах. Минск.: Вышейш. шк.,1990. - 512с.

98. Ящерицын П.И. и др. Финишная обработка деталей уплотненным потоком свободного абразива / Ящерицын П.И.,Мартынов А.Н.,Гридин А.Д. -Минск: Наука и техника, 1978. 224с.

99. Ящерицын П.И. Мартынов А.Н.Чистовая обработка деталей в машиностроении. Минск: Вышейш. шк., 1983. - 191с.

100. Anderson М. Nilsson F. Aperturbation metod for static contact and low velocity impact//Int.J. Impact Eng. 1995. - 16, №5-6. - P.759-775.

101. Bhattacharya A.K. Nix W.D. Finite element analysis of Cone Indentation// Int. J.Soltids and Structures. 1991. - Vol. 27. №8. P.1047-1058.

102. Komvopoulos K. Elastic-plastic finite element analysis of indented layered media// Trans. ASME. J. Tribology. Vol. 111.№3. P. 430-439.163

103. Krai E., Komvopoulos K., Bogy D.V. Finite element analysis of repeated indentation of an elastic-plastic layered medium by a rigid sphere. Part 2. Surface results. // Trans ASME. J. Appl. Mech. 1995. - 62, №1. - P.20-28.

104. Murakami Y., Matsuda K. Analysis of Vickers hardness by the finite element method//Trans. ASME. J. Appl. Mech. 1994. - 61, №4. - P.822-828.

105. Murakami Y., Yuan L.P. Finite Element Method (FEM) Analysis of Elastic-Linear- Hardening Materials and Comparison with Measurement on Commercial Materials // ASTM. Journal of Testing and Evaluation. 1992. - Vol. 20. P. 15-24.

106. New ways to grind and finish // Metalwork. Prod 1994. - 38, N5. - C.138.

107. Peclenic J. Contribution to the Correlation Theory for the Grinding Process // Journ. of Engineering Industry (Trans of the ASME). Ser. B. 1964. - Vol.86, N2. -P.85-94.

108. Shaw M. A new theory of grinding. // Mech. and Chem. Eng. Trans, 1972. -Vol.8, N1. -P.73-78.

109. Sih H.N. Abrasive wear mechanism and the grit size effect // Wear. 1979. -55, N3. - P.163-190.