автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое обеспечение качества поверхностей деталей при многофункциональной центробежно-планетарной объемной обработке

На правах рукописи

ЗВЕРОВЩИКОВ Александр Евгеньевич

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПРИ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЦЕНТРОБЕЖНО-ПЛАНЕТАРНОЙ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКЕ

Специальности: 05.02.08 - Технология машиностроения; 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Пенза - 2013

2 4 ОКТ 2013

005535517

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет»).

Научный консультант - доктор технических наук, профессор

Артемов Игорь Иосифович

Официальные оппоненты:

Степанов Юрий Сергеевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК, Технологический институт им. Н. Н. Поликарпова», профессор кафедры «Технология машиностроения и конструкторско-технологическая информатика», г. Орел;

Бржозовскнй Борис Максович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина», заведующий кафедрой «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении», г. Саратов;

Спицын Иван Алексеевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенская государственная сельскохозяйственная академия», проректор по учебной работе, г. Пенза.

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», г. Волгоград.

Защита диссертации состоится 29 ноября 2013 г., в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.03 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет».

Автореферат разослан « (2. » г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью организации) просим направить по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40, ученому секретарю диссертационного совета.

Ученый секретарь

диссертационного совета Воячек Игорь Иванович

Актуальность проблемы. Развитие технологии машиностроения направлено на повышение интенсивности процессов обработки деталей и стабильности качественных характеристик изделий. Детали сложной формы с развитой пространственной конфигурацией, к которым относятся рычаги, мелкие корпуса изделий машиностроения, элементы арматуры, корпуса датчиков, изделия из полимерных материалов, часто изготавливают методами литья, объемной или листовой штамповки. К таким деталям обычно предъявляются высокие требования по шероховатости поверхности. Кроме того, на поверхностях заготовок присутствуют остатки литниковых систем, следы перемещения деформирующих и выталкивающих элементов прессформ, заусенцы от вырубных штампов. Обеспечение качества поверхностей деталей сложной формы непосредственно на операциях формообразования связано с резким удорожанием технологического оснащения. Поэтому отделочно-зачистная обработка (ОЗО) деталей остается серьезной технологической проблемой, влияющей на производительность труда и конкурентоспособность изделий. Наиболее эффективными остаются методы абразивной механической обработки, к которым относятся объемная галтовочная, вибрационная и центробежно-ротационная ОЗО. Основы объемной ОЗО изложены в работах А. П. Бабичева, М. А. Тамаркина, А. П. Сергиева, В. О. Трилисского, Ю. В. Димова, М. Ма1эипа§а, Н. КоЬауаэЫ. Сущность объемной обработки заключается в диспергировании или деформации поверхностных слоев материала детали при ее перемещениях относительно тел гранулированной рабочей среды. Эти методы позволяют снизить трудоемкость и себестоимость ОЗО, которые в отдельных случаях достигают 20 % от общей трудоемкости изготовления деталей.

К наиболее производительным методам ОЗО относится центро-бежно-планетарная объемная обработка (ЦПОО). Высокая эффективность метода ЦПОО обусловлена многократным утяжелением частиц загрузки инерционными силами, что создает предпосылки для решения широкого спектра технологических задач, например обработки деталей сложной формы небольшой массы и размеров из материалов высокой твердости или вязкости, что представляет серьезную проблему для остальных методов объемной обработки.

Широкое внедрение ЦПОО на промышленных предприятиях, сдерживается из-за недопустимого диапазона рассеяния качественных показателей обработанных поверхностей, обусловленного формирова-

нием в загрузке контейнера зон с различными скоростями относительного перемещения рабочих тел и обрабатываемых деталей, что приводит к сепарированию последних и снижению эффективности обработки. Кроме того, давление гранулированной среды в 20-25 раз больше, чем, например, при вибрационной объемной обработке, что приводит к интенсивному износу абразивных рабочих тел, который также влияет на стабильность качественных показателей центробежной обработки.

До настоящего времени отсутствует системный анализ ЦПОО, не разработана обобщенная теория, описывающая взаимосвязи технологических факторов ЦПОО с производительностью процесса и качественными характеристиками поверхностей деталей сложной формы, что не позволяет создать единую методологию проектирования технологии ЦПОО и оборудования для ее реализации.

Таким образом, разработка теоретических основ ЦПОО, установление закономерностей диспергирования материала с учетом конструктивно-технологических факторов процесса, исследование формирования свойств поверхностного слоя, повышение стабильности процесса и расширение на этой основе функциональных возможностей метода составляют актуальную комплексную научно-техническую проблему, имеющую важное промышленное и экономическое значение.

Объект исследования — метод объемной отделочно-зачистной обработки в контейнерах с планетарным вращением и средства его технологического обеспечения.

Предмет исследования — установление функциональных взаимосвязей технологических факторов метода центробежно-планетарной объемной обработки с показателями качества поверхностей обработанных деталей и их использование для проектирования многофункциональной операционной технологии и средств технологического обеспечения.

Цель работы - расширение технологических возможностей центробежно-планетарной объемной обработки деталей и стабильное обеспечение качества поверхностей на основе совершенствования системы проектирования операционной технологии, разработки новых способов обработки и средств технологического обеспечения.

Задачи исследования:

— провести системный анализ процесса ЦПОО, классифицировать основные группы факторов, определяющих качество обрабаты-

ваемой поверхности и производительность обработки, выдвинуть критерии оценки эффективности процесса;

- выявить и формализовать взаимосвязи между технологическими режимами объемной обработки деталей и качеством поверхности, на основе которых могут быть обеспечены требуемые параметры поверхностного слоя;

- исследовать динамические характеристики процесса ЦГТОО с целью установления напряженности инерционного силового поля, необходимой для эффективной многофункциональной обработки деталей из различных материалов;

- выполнить исследования физико-механических процессов в зоне контакта рабочих тел гранулированной среды с обрабатываемой поверхностью;

- теоретически обосновать возможность многофункциональной центробежной обработки различными технологическими средами, раскрыть основные закономерности формирования качественных характеристик поверхности и определить эффективные диапазоны технологических режимов;

- выполнить экспериментальные исследования многофункциональной ЦПОО и разработать методику определения показателей качества поверхности;

- провести компьютерное моделирование многофункциональной ЦПОО для определения оптимальных технологических режимов и конструктивных параметров оборудования, необходимых для достижения стабильных характеристик качества поверхности и повышения производительности;

- разработать единую методику проектирования и обеспечения качества многофункциональной ЦПОО;

- апробировать основные научно-технические результаты диссертации в условиях промышленного производства.

Методы исследования. Все разделы работы выполнены с единых методологических позиций системного анализа исследуемого процесса. Теоретические исследования проведены с использованием положений технологии машиностроения, теоретической механики, теории механизмов и машин, механики сплошных сред, теории тре-щинообразования и разрушения материалов, теплотехники, теории вероятности и математической статистики. Экспериментальные исследования проводились с использованием теории планирования эксперимента на лабораторном и промышленном оборудовании, с примене-

нием стандартных приборов и оригинальной стендовой оснастки, применялись современные методики исследования качества поверхностей. Использованы известные и оригинальные программные средства для компьютерного моделирования процесса обработки.

Достоверность и обоснованность научных выводов и рекомендаций подтверждаются корректным использованием известных положений фундаментальных и прикладных наук в данной предметной области, сходимостью и адекватностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, в том числе полученных другими исследователями, данных компьютерного моделирования, а также практической реализацией предлагаемой технологии в условиях производства.

Научная новизна работы:

1) по специальности 05.02.08:

- на основе системного анализа ЦПОО выявлены и впервые классифицированы такие группы факторов, как динамические параметры процесса, свойства рабочей среды и характеристики оборудования, которые определяют качество обработанной поверхности и производительность обработки, выдвинуты критерии оценки и разработан единый подход к проектированию и обеспечению качества операционной технологии;

- разработан комплекс математических моделей, описывающих взаимосвязи качественных характеристик поверхности и динамических параметров процесса объемной многофункциональной обработки, кинематических характеристик планетарного движения контейнеров, свойств рабочей среды, которые носят универсальный характер;

- получены эмпирические модели, на основе которых разработана методика оценки показателей качества обработанной поверхности на этапе проектирования отделочно-зачистных и упрочняющих операций ЦПОО;

- впервые разработана методика компьютерного моделирования различных способов многофункциональной центробежно-плане-тарной обработки для определения рациональных параметров при расширении области технологического применения метода;

2) по специальности 05.02.07:

- определены динамические характеристики загрузки и исследованы физико-механические процессы в зоне контакта рабочих тел с обрабатываемой поверхностью, установлены рациональные диапазоны утяжеления рабочей загрузки для решения различных технологических задач многофункциональной ЦПОО;

- установлены закономерности влияния формы, плотности и качества поверхности рабочих тел на производительность и качество процесса и определены области эффективного применения различных гранулированных сред;

- решен комплекс научных и технических задач для разработанных способов ЦПОО, технологического обеспечения качества и производительности обработки деталей сложной формы.

Практическая ценность результатов работы состоит:

- в создании новых способов многофункциональной ЦПОО, объединенных в метод, повышающий эффективность объемного абразивного шлифования, зачистки и упрочнения деталей в контейнерах с планетарным вращением;

- в разработке промышленного технологического оборудования для ЦПОО гранулированными рабочими средами;

- в создании методик для определения рациональных технологических режимов и условий обработки при различных требованиях к качеству поверхности;

- в создании новых конструкций рабочих тел с повышенной износостойкостью и проникающей способностью для объемной обработки;

- в разработке программного обеспечения для компьютерного моделирования, позволяющего оптимизировать технологические режимы и условия обработки деталей, в том числе из труднообрабатываемых и полимерных материалов;

- в разработке единой методики проектирования многофункциональной ЦПОО.

Внедрение предложенных технологических решений, расширяющих функции объемной ОЗО, позволило реализовать процессы шлифования, полирования, упрочнения и подготовки под покрытие поверхностей мелко- и среднеразмерных деталей сложной формы, в том числе из нержавеющих сталей и титановых сплавов, зачистку полимерных изделий от облоя, обработку пустотелых заготовок.

На защиту выносятся:

1) по специальности 05.02.08:

- решение проблемы стабилизации качества поверхностей деталей сложной формы на основе технологического обеспечения заданных показателей, при многофункциональной ЦПОО гранулированными рабочими средами;

- функциональные связи между технологическими факторами и показателями качества поверхности, установленные теоретическими и экспериментальными методами для различных способов ЦПОО;

- методология определения показателей качества поверхностного слоя деталей из различных материалов и их количественной оценки на основе компьютерного моделирования при технологической подготовке производства новых изделий;

- единая методика проектирования многофункциональной ЦПОО;

2) по специальности 05.02.07:

- новые способы многофункциональной ЦПОО, средства технологического оснащения и результаты их практической реализации;

- методология определения контактного давления и скоростей взаимодействия поверхностей рабочих тел и заготовок для различных схем и режимов движения загрузки при ЦПОО.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и зональных конференциях и симпозиумах: «Прогрессивные методы отделочной обработки деталей машин и приборов» (Пенза, 1986), «Разработка и промышленная реализация новых механических методов обработки» (Москва, 1988), «Интенсификация и автоматизация от-делочно-зачистной обработки деталей машин и приборов» (Ростов-на-Дону, 1988), «Обеспечение точности механической обработки в автоматизированном производстве» (Пенза, 1990), «Повышение качества изготовления деталей машин методами отделочно-упрочняющей обработки» (Пенза, 1991), «Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин» (Курган, 1991), «Остаточные напряжения - резерв прочности в машиностроении» (Ростов-на-Дону, 1991), «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 1996), «Точность и надежность технологических и транспортных систем» (Пенза, 1999), «Приборостроение в аэрокосмической технике» (Арзамас, 1999), «Комплексное обеспечение показателей качества транспортных и технологических машин» (Пенза, 2001), «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» (Пенза, 2003), «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (Волжский, 2003), «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» (Брянск, 2008), «Инноватизация в России: успехи, проблемы и перспективы» (Пенза, 2008), «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2008), «Формообразование и обеспечение качества техногенных систем» (Пенза, 2009), «Формообразование и обеспечение качества техногенных систем», (Пенза, 2010), «Системы проектирования, подготовки производства и управления проектами САО/САМ/САЕ/РОМ» (Пенза, 2011), «Ресурсы модернизации страны»

(Пенза, 2011), «Машиностроение и техносфера XXI века», (Донецк, 2011), «Материалы и технологии XXI века» (Пенза, 2012), «Наукоемкие технологии в машиностроении и авиадвигателестроении» (Рыбинск, 2012), «Машиностроение - основа технологического развития России» (Курск, 2013).

Реализация и внедрение результатов. Материалы диссертации использовались при выполнении госбюджетных НИР по заданию Министерства образования и науки РФ: «Разработка теоретических основ диспергирования материала и направленного регулирования макро- и микрорельефа частиц в процессах абразивного воздействия на поверхность детали» (2009), «Разработка теоретических основ физико-химических процессов в контакте "зерно-металл" для финишных методов объемной абразивной обработки» (2010), «Разработка теоретических основ контактного взаимодействия "абразивное зерно-металл" для объемной обработки гранулированными средами и разрушения полимерных материалов при криогенном воздействии» (2012), по заказу секции прикладных проблем при Президиуме РАН «Разработка научных основ микродуговых методов формирования многофункциональных композиционных материалов для создаваемых и модернизируемых образцов вооружений и военной техники», по заказу Министерства промышленности и торговли «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации» (20092014), «Исследование кавитационного механизма образования нанокла-стеров в поверхностном слое металла с цепочкой микротрещин» (2012).

Результаты исследований внедрены на предприятиях: ФГУП ФНЦП «ПО "Старт" им. М. В. Проценко» в виде оборудования и технологии отделочной и упрочняющей обработки мелких деталей; ОАО «Пензенский арматурный завод» в виде технологии низкотемпературной объемной зачистной обработки; ООО «Инженерно-технологический центр "Сварка"» в виде технологии зачистной обработки сварных деталей и других предприятиях.

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано более 70 работ, в том числе 1 монография, 13 статей в изданиях, включенных в перечень ВАК при Минобрнауки РФ, 13 авторских свидетельств и патентов на изобретения. Общий объем публикаций -28,3 печатного листа, из них авторских - 23,4 печатного листа. Все результаты, составляющие основное содержание диссертационной работы, получены автором самостоятельно.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы, включающего 227 на-

именований, и приложений. Общий объем - 567 страниц, в том числе 304 страницы основного текста, 210 рисунков, 22 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано краткое описание решаемой проблемы, обоснована актуальность работы, поставлена цель, приведены основные положения, выносимые на защиту, раскрыты научная новизна, практическая значимость.

В первой главе дан обзор научных публикаций по теме диссертации и определены на основе анализа современного состояния ЦПОО задачи и методы исследования.

ЦПОО основана на контактном взаимодействии тел гранулированной рабочей среды (ГРС) с поверхностями обрабатываемых деталей под воздействием центробежных сил, возникающих при планетарном вращении контейнеров.

Выявлены и обоснованы предпосылки для многофункционального использования рассматриваемого метода.

Недостатком, присущим известным способам ЦПОО, как и практически любому методу объемной обработки, является значимое рассеяние качественных показателей поверхностей в пределах партии деталей, обусловленное неодинаковым воздействием тел ГРС на поверхности заготовок, находящихся в разных зонах рабочей камеры контейнера, из-за особенностей траектории движения потока рабочей загрузки. Стабилизация качественных показателей деталей за меньшее время обработки может быть обеспечена выравниванием условий обработки в рабочей камере.

В настоящее время для метода отсутствует единое математическое описание движения рабочей среды, процессов в зоне контактирования тел ГРС с поверхностью заготовок, что не позволяет оценить равномерность обработки и провести теоретический анализ влияния технологических факторов на результаты обработки.

Проблемам обеспечения качества поверхности посвящены работы А. М. Дальского, П. Н. Орлова, А. Г. Суслова, А. А. Маталина, других отечественных ученых. В трудах 3. И. Кременя, А. В. Королева, В. Н. Латышева, А. Н. Мартынова, В. М. Оробинского, Ю. Н. Полян-чикова, Ю. С. Степанова, JI. В. Худобина, В. М. Шумячера, Е. И. Фра-гина, П. И. Ящерицына, R. Heker, D. Stephenson, J. В. Hegeman, Y. Murakami, других отечественных и зарубежных ученых представле-

ны результаты исследования взаимодействия поверхностей абразивных инструментов с микрорельефом поверхности детали, изучены закономерности формирования качественных характеристик поверхностного слоя деталей при обработке связанным или свободным шлифовальным материалом. Многие закономерности, зависимости и модели, приведенные в этих работах, могут быть использованы в качестве основы при создании математических моделей, описывающих процесс контактного взаимодействия ГРС с заготовками при ЦПОО, что позволит прогнозировать качественные характеристики обрабатываемых поверхностей.

Целесообразно рассматривать моделирование процесса ЦПОО как совокупность двух этапов.

1. Определение кинематических и динамических параметров движения ГРС и деталей в объеме контейнера.

2. Определение характеристик взаимодействия поверхности абразивного или деформирующего рабочего тела и обрабатываемой поверхности.

Выполнение первого этапа должно обеспечить получение информации о распределенных значениях таких динамических характеристик, как скорости и ускорения элементов рабочей загрузки в различных зонах контейнера, давления ГРС внутри массива загрузки. Известны работы С. Н. Шевцова, Ю. Р. Копылова по моделированию динамики гранулированной среды при вибрационной объемной обработке. Однако с помощью представленных в этих работах моделей не моїуг быть получены данные, необходимые в качестве исходных и граничных условий для второго этапа моделирования ЦПОО.

Реализация второго этапа позволяет получить информацию, необходимую для расчета показателей качества обработанных поверхностей. Можно сделать вывод о реальности прогнозирования результатов объемной обработки на основании математических описаний режущей поверхности гранул, приведенных в работах Г. В. Литовки, И. Н. Кар-ташова, и механизма контактного взаимодействия абразивных частиц с обрабатываемой поверхностью, описанного в трудах В. Н. Кащеева, И. В. Крагельского и др. Известны зависимости для определения глубины единичного абразивного взаимодействия. Установлено, что при внедрении абразивных частиц в материал заготовки происходят упругие, пластические деформации и диспергирование металла в зоне контакта. Также в различных интерпретациях известны граничные условия перехода упругих деформаций в пластические и перехода от плас-

тического деформирования к микрорезанию. При описании контактных взаимодействий не всегда корректно использование справочных данных о механических свойствах материалов для тонких поверхностных слоев. Поэтому необходимы методики коррекции справочных значений прочностных свойств материала, учитывающие размер зоны контакта абразивного зерна и поверхности заготовки, а также изменение физико-механических свойств материала в процессе обработки.

Большинство известных моделей адекватны в узких диапазонах скоростей и давлений, поэтому не могут быть применены для моделирования ЦПОО.

На основании изложенного сформулированы задачи научных исследований, решение которых необходимо для достижения цели работы.

Во второй главе проведен системный анализ рассматриваемого метода, выявлены структура и связи основных процессов и элементов, взаимодействующих при обработке, систематизированы основные влияющие факторы, определены требования к информационному описанию процесса, математически описаны основные закономерности движения гранулированной рабочей среды при ЦПОО.

При анализе выявлены недостаточно исследованные входные факторы ЦПОО (рис. 1), такие как форма и проникающая способность рабочих тел, масса деталей, температура рабочей среды и др.

Сформулированы задачи, которые необходимо решить для комплексного обеспечения качества поверхностей деталей и расширения технологических возможностей ЦПОО:

- реализация единого подхода к проектированию и обеспечению качества ЦПОО в виде определения качественных показателей обработки как статистически распределенных результатов контактных взаимодействий рабочих тел с поверхностью заготовки, которые, в свою очередь, являются функцией от динамических параметров рабочей загрузки;

- моделирование движения загрузки в рабочей камере контейнера с планетарным вращением для определения динамических характеристик контакта и оценка результатов контактирования поверхности рабочего тела с поверхностью заготовки методом конечных элементов;

- превращение ЦПОО в многофункциональную технологию путем разработки эффективных рабочих тел на основе количественной оценки их конструкций, усложнения траектории движения частиц ГРС, оптимизации режимов для различных технологических задач, коррекции температурного режима обработки.

Габариты рабочей камеры

Демпфирусщие и диссипатибные характеристики технологической жидкости

Воздействие внешних си/ на ГРС и заготовки

\ \ N

Параметры конструкции заготовки

X

Динамические параметры рабочей камеры

Конструктивные элементы камеры, влиявшие но траектории движения частиц загрузки

Перемещение тел ГРС

и заготовок О рабочей камере

Кинематика

движения

камеры

Химический состой технологической жидкости

Процесс контактирования поверхностей рабочих тел и заготовок

Масса рабочего тела

Температурные воздействия

Физико-механические характеристики материала заготобки

------1—| Процесс деформирования,

диспергирования материала

Процесс износа рабочих тел

Процесс изменения гостояния поверхностного слоя заготовки

Форма, размер рабочего тела

Абразивные свойства поверхности рабочего тело

Исходный микрорельеф поверхности

Толщина припуска, размер удаляемых элементов

\ / >х

'табильность формирования требуемых качественных характеристик поверхности детали

Скорость формирования требуемых качественных характеристик поверхности детали

Рис. 1. Процессы и входные факторы, определяющие результат ЦПОО

Совокупность входных факторов ЦПОО рассматривалась как вектор X, состоящий из детерминированных и распределенных факторов^, а результат операции описан вектором Я выходных параметров направление которого различно при изменении целей многофункциональной обработки:

гГ

Х= ... ; Д =

'V

я>

Формирование каждого параметра описывались функцией

где Rt - генеральная совокупность значений /-го качественного параметра обработки с математическим ожиданием Rt и полем рассеяния 28.

Для оценки вероятности выхода для j-й детали значения Щ за допустимые пределы применено неравенство Чебышева:

жК-д-И)<|-> (о

где Pi - вероятность выхода /-го параметра за пределы границы поля рассеяния; D — дисперсия Rt.

Критерием результативности функционирования системы ЦПОО служит стабильность качественных показателей поверхности единичной детали или партии деталей, оцениваемая индексом воспроизводимости:

_ [-^'шах

№min]

Ж ' W

При однопредельном задании параметров качества, характерном для объемной обработки, рациональное положение центра группирования R,p должно быть смещено от предельного значения параметра [/?,] на величину 8, тем самым ограничивается вероятность получения бракованных деталей в соответствии с (1).

Rlp= [tfimax] - 8; R,P= [ад + 8, где [д,тах], [i^min] - допустимые значения выходного параметра.

Тогда коэффициент погрешности настройки к и воспроизводимость процесса Срк оцениваются соответственно как:

к= к-* 0; Срк=Ср( 1 -к).

Критерием эффективности процесса Кэ ЦПОО служит отношение воспроизводимости Срк к длительности цикла Гц, приведенной к одной детали:

>ц

В общем виде целевая функция Ц системы ЦПОО сформулирована как обеспечение вектора R, заданного функцией распределения, диапазоном рассеивания, средними или экстремальными значениями параметров качества, с допустимым уровнем дефектности [q\ < Р,, за минимальное время цикла обработки tn:

Ц = —— -> тах (при [ц] < Л для всех К,).

(3)

Для повышения эффективности ЦПОО разработаны новые способы, в которых изменение траектории движения частиц ГРС 1 и деталей 2 достигается сообщением контейнерам 3 дополнительного переносного вращения с водилом 4 планетарного механизма (рис. 2,а), реверсированием или изменением скорости вращения контейнеров вокруг собственных осей, сообщением загрузке радиального импульса.

Рис. 2. Схемы способа ЦПОО с переносным движением водила (а) и движения детали (б) в скользящем слое рабочей загрузки

Рабочие тела скользящего слоя совершают сложное движение, состоящее из перемещения вместе со слоем со скоростью &„ и вращения вокруг собственного центра масс. Для определения их динамических характеристик скользящий слой рабочей загрузки толщиной Нсс (рис. 2,6) рассматривался в виде совокупности элементарных слоев рабочих тел со скоростями

где у0 - скорость поверхностного слоя ГРС; кш-коэффициент проскальзывания на миллиметр толщины скользящего слоя; х - расстояние от слоя до поверхности загрузки, мм.

Коэффициент кт зависит от формы и размеров рабочих тел, наличия и свойств технологической жидкости, физико-механических

-Я0'

VI >4

(4)

свойств контактирующих поверхностей и является важной характеристикой ГРС.

Скорость резания vp переменна как по поверхности детали, так и по сечению сегмента рабочей загрузки и рассчитывается по выражению

Vp = k2[(l + кпхУ* C0S* - 1] + ШдГд - 2УД [(1 - каху- eos* - 1] X

(5)

ХШдГдСО8(180-4))2,

где уд - скорость центра масс детали; £ - угол, определяющий положение радиус-вектора точки контакта; т*д - радиус-вектор точки контакта; <вя - угловая скорость вращения детали вокруг собственной оси.

Динамическая составляющая давления р\ и статические составляющие давления ГРС по осям хиув скользящем слое ргх, Ргу определены на основе теории механики сплошных сред:

й- ®

ftx=pe|2©,v0 } {\-kmy^-Ridx + a2x j {R\ coscp, + xj)dx 1; (7)

У*

p2y= 2pem, J (8)

-/{jsinp

где pa - плотность ГРС; yK - координата точки по длине скользящего слоя, в которой определяется давление (см. рис. 2,6); xh _у, - текущие координаты рабочих тел скользящего слоя; <р, - угол, определяющий положение частицы ГРС относительно оси контейнера; г|3 - длина стрелы сегмента загрузки.

Результирующее давление pv ГРС определялось по выражению

РР=Р\+ Ргу + Р2хЧ<?сс > (9)

где фсс - угол естественного откоса ГРС.

Используя выражения (6)-(9), можно найти распределение давлений в сегменте рабочей загрузки, определить средние нагрузки на единичное рабочее тело в различных зонах рабочей камеры, величина которых составила 20.. .40Н.

На основании математического описания движения рабочей загрузки определены границы диапазонов технологических режимов для предложенных способов интенсификации ЦПОО.

В третьей главе приведена методика количественной оценки форм и технологических возможностей рабочих тел при ЦПОО.

Систематизированы параметры, обусловливающие технологические свойства рабочих тел (рис. 3).

ФМС материала зерна Размер основания Форма выступа зерна\ выступа зерна

_ _ --1' ' Радиус при вершине

Сопротивление Высота абразивного | выступа зерна

рабочего тела УсталостномУ ГОН0СУ зерна над связкой^ Высота абразивного

-------. Расстояние между" [" - ' зеРна НЗД связкой

Устойчивость X абразивными | ' Характеристики

к истиранию^'' \ Характеристики зернами ^ і абразивного

связки | иатериала Технологические

возможности

Насыпная / Характеристики Характеристики /

плотность ---/\ массива тел формы . /

рабочих тел /Податливость рабочего тела радИус и угол

Масса - /' массива Момент инерции .. Д при ребре

рабочего тела ' \ Р^чи*™, рабочеготела------ / \ Длинаребер

Площадь поверхности /\ рабочеготела ' .Рг рабочеготела ,——" / \ коэффициент трения / Волнистость поверхности массива рабочих тел Площадь единичной / рабочего тела поверхности ______—/

Рис. 3. Диаграмма параметров рабочего тела

Эффективность ГРС, состоящей из формованных тел, оценивалась по следующим показателям:

- проникающая способность рабочего тела - возможность формирования однородной шероховатости при обработке поверхностей открытых, полузакрытых и закрытых зон детали;

- обрабатывающие свойства - способность удалять припуск или заусенец определенного размера в единицу времени;

- износостойкость рабочего тела - сохранение проникающей способности и обрабатывающих свойств в течение определенного времени.

Формованное рабочее тело предложено характеризовать единичными поверхностями (в частном случае - гранями) и пересечениями граней, называемых далее ребрами.

Количественно ребро охарактеризовано углом рр между гранями, образующими ребро, радиусом /?р при сопряжении граней, протяженностью / ребер тела, их расположением относительно центра масс рабочего тела. Показателем эффективности ребра предложено считать коэффициент :

1 у2 о

где ф1, ф2 - углы в полярной системе координат с началом в центре масс тела для крайних точек ребра; Д(ф) - функция, описывающая линию ребра рабочего тела в указанной системе координат.

Комплексным количественным показателем для грани служит выражение

2л Фтах .

р,= ) } (11)

0=0 Ртт

где Я, - радиус-вектор /-й точки относительно центра масс С„; ф/ и 0/ -зенитный и азимутный углы радиус-вектора соответственно.

Скорость изменения формы рабочего тела при изнашивании предложено оценивать коэффициентом

Яф-ЁИг5-. О?)

м о Р/

где п - число ребер рабочего тела; I, - длина /-го ребра; /?/ - текущее расстояние от точки ребра до центра масс тела.

С увеличением Кф скорость изменения формы гранулы при одинаковых прочности связки, твердости, структуре, зернистости абразивных частиц будет возрастать. Интенсивность общего износа абразивного рабочего тела определенной формы предлагается оценивать коэффициентом износа К„:

03)

где Угр - объем гранулы; ^ - площадь поверхности гранулы.

Использование показателей (10)-(13) позволило сконструировать рабочее тело для объемной обработки в форме двояковыпуклого диска и оптимизировать его геометрические параметры. При сходной с рабочими телами в виде призмы и тетраэдра проникающей способности диск имеет более чем двукратный запас по коэффициенту износа граней.

Влияние на результат обработки таких факторов, как абразивные свойства поверхности инструмента, материал абразивного зерна, характеристики связки и т.п., подробно исследовано. Поэтому в диссертационной работе рассмотрены только те статистически распределенные параметры абразивной поверхности рабочего тела, которые

необходимы для 3¿/-моделирования его поверхности (рис. 4): высота выступа зерна Н2, расстояние между зернами Б2, размер зерна в основании /2, форма абразивного зерна, описываемая радиусами ЛІ, Я2, Кі, ..., Ні, волнистость абразивной поверхности Нв, радиус при вершине зерна гв.

на поверхности рабочего тела

Определение параметров статистического распределения перечисленных величин производились по микрофотографиям (рис. 5).

а) б)

Рис. 5. Микрофотографии зерна поверхности рабочего тела х 1 000(й), х500 (б) и схема замера радиуса Ш

Оценку вероятности Р контактирования гранул с поверхностью детали и нестабильности шероховатости в зоне ограниченного доступа в соответствии с положениями теории вероятности (рис. 6) предложено производить по выражению следующего вида:

а

Р =

вт— 2

, (14)

/1

/■(I + соэ —)

180°-а 2 2

. а

вш— 2

где г — приведенный радиус рабочего тела; а - угол наклона поверхностей зоны ограниченного доступа; /3, - текущее расстояние от линии сопряжения поверхностей О до вероятной точки контакта рабочего тела с поверхностью в зоне нестабильной шероховатости.

Рис. 6. Определение размера поверхности детали с нестабильной шероховатостью в зоне ограниченного доступа

Принято допущение, что в момент контакта с заготовкой энергия импульса от вращения рабочего тела преобразуется в энергию резания или деформирования. Тогда для количественной оценки обрабатывающей и проникающей способности рабочих тел одинаковой массы можно использовать их момент инерции относительно собственных центров масс. Большее соотношение момента инерции к массе будет отражать развитость формы рабочего тела, удаленность режущих кромок зерен его поверхности от центра масс и, соответственно, лучшую проникающую способность.

Приведенный радиус г рабочего тела принимался равным радиусу сферы с такими же моментом инерции /,р и плотностью материала р и использовался для сравнения динамического воздействия рабочих тел различной формы.

х

г =

15/

гр

8ртс

(15)

Момент инерции /Гр для формованных гранул определялся по известным расчетным методикам. Например, для рабочего тела в форме пирамиды со стороной основания а, высотой /гп по теореме Штайнера:

] Ос "] ~ ¿у ' { (г2+у2)ск -*7з о

~2л/3

7з л/з з ,

0 0 о

= 1,08 ■ ря5 • 10-2 кг-м2.

Расширение технологических возможностей ЦГТОО также реализовано использованием нежестких рабочих тел, копирующих форму обрабатываемой поверхности в зоне контакта и имеющих малую вероятность точечного контакта с обрабатываемой поверхностью. Это предотвращает глубокие наколы на обрабатываемой поверхности, но, увеличивая площадь соприкосновения, снижает давление в зоне контакта и интенсивность снятия припуска. В качестве комплексного показателя податливости рабочего тела использовано изме-нение площади пятна контакта на длине прокатывания, равной длине окружности с приведенным радиусом г при приложении силы Ръ соответствующей силе, действующей на тело ГРС в загрузке.

Если глубину внедрения при полностью жестком контакте описать функцией от двух переменных к =АРт., и), то при нежестком контакте глубина внедрения купр уменьшится на величину упругих деформаций системы «рабочее тело-деталь»:

"упр ь/0,

где у1 - жесткость конструкции рабочего тела; у2 - жесткость массива загрузки в динамическом состоянии.

Фактическое внедрение зерна /гф в поверхность в этом случае

/гф = И - /¡упр.

Расширение пятна контакта из-за податливости рабочего тела приведет к увеличению количества зерен, контактирующих с поверхностью, до некоего числа щ, и Аф при нежестком контакте изменится:

йф =/1 (РЕ, И]) 1,72).

Нежесткие рабочие тела предпочтительны при отделочной объемной обработке. В случае полирования или деформационной обработки давление должно оставаться в пределах, обеспечивающих глубину внедрения, сопровождающуюся лишь пластической деформацией:

ЗКСтате)2^Аф<(0,5-—)г, (16)

где Ст - коэффициент изменения предела текучести от масштабного фактора и наклепа; т - сдвиговая прочность молекулярной составляющей; ат - предел текучести обрабатываемого материала; 0 - упругая постоянная обрабатываемого материала.

Для моделирования контакта в среде конечных элементов по предложенной схеме (см. рис. 4) построена объемная топографическая модель абразивной поверхности рабочего тела. Для имитации выступа абразивного зерна предложена новая фигура, названная вариационным многогранником, со стороной 4, высотой выступа частицы Нг и с боковыми ребрами в виде дуг радиусами К, (рис. 7).

Рис. 7. Модель поверхности рабочего тела с выступами абразивных частиц, аппроксимированными вариационными многогранниками

Варьируя перечисленные величины, удалось построить поверхность абразивной гранулы, соответствующую реальному распределению параметров выступов абразивных частиц над поверхностью связки, для моделирования ее контактного взаимодействия и заготовки методом конечных элементов.

В четвертой главе рассмотрено расширение технологических возможностей ЦПОО низкотемпературным воздействием на рабочую загрузку.

Разработан способ ЦПОО для зачистки облоя деталей из полимерных материалов, предусматривающий однократную заливку хладагента, обеспечивающую охрупченное состояние материала в течение всего цикла обработки.

При назначении режимов ЦПОО для известных ширины и толщины облоя (Ь0, И„) определялась скорость высвобождения энергии деформации ]с, экспериментально определялся размер трещины е, рассчитывались утяжеление рабочей загрузки и, энергия контакта С/при

которых воздействие со скоростью Урт рабочего тела массой трт обеспечивало разрушение облоя. Для оценки напряженного состояния облоя и прогнозирования результатов низкотемпературной ЦПОО в соответствии с теорией Гриффитса-Ирвина предложено условие разрушения облоя на полимерных деталях с наличием микротрещины:

2

рт2 рт > УА V. (17)

Определен объем хладагента (жидкого азота) Уаз, необходимый для времени / обработки:

у (М + ^рМ +СР2т2)(Т\| (Ср3т3 + СР4т4 )(Г1 ~^з)> (18)

М I №аз ) П И-Раз

где Ти Т2 и Тз - температура окружающей среды, охрупчивания материала деталей и наружной стенки рабочей камеры соответственно; Сри Сеъ Сп и Ср4 — удельная теплоемкость материала обрабатываемых деталей, рабочих тел, полимерной облицовки контейнера и материала корпуса контейнера соответственно; ц - теплота парообразования; рш - плотность жидкого азота; к„ - поправочный коэффициент для компенсации неучтенного теплообмена (1,05... 1,1); N - мощность процесса.

Предлагаемая методика позволила реализовать технологию обработки полимерных деталей и спроектировать многофункциональные установки с возможностью низкотемпературной ЦПОО.

В пятой главе изложена методология использования ЦПОО для финишной обработки тонкостенных пустотелых деталей.

Обеспечение стабильности качества поверхностей пустотелых деталей практически при любых видах объемной обработки представляет технологическую проблему, обусловленную всплытием деталей на поверхность загрузки. Поскольку расстояние Я от различных частиц массива загрузки до оси вращения водила является переменным, то

утяжеление и = оо^Л неодинаково в различных точках скользящего слоя. Для учета этого обстоятельства при расчетах заготовка длиной произвольной формы /д по оси 2 с внутренними полостями была представлена в виде совокупности единичных объемов с размерами /,х/,х/д, с соответствующими массами, плотностями и координатами X и 7; центров масс (рис. 8).

Равнодействующая сила Р для пустотелой детали при движении в скользящем слое, была представлена в виде

где Рс - сила сопротивления среды; Гв - сила тяжести; ^ - сила инерции от вращения водила с угловой скоростью а>ъ - кориоли-сова сила инерции; Рв- выталкивающая сила, действующая на деталь со стороны ГРС; - равнодействующая сила воздействия абразив-

Указанные силы рассчитывались для каждого единичного объема. Сила инерции Рх. от вращения водила вокруг собственной оси О для единичного объема детали определялась по выражению

Я =4ЛРм аг1,г (20)

где ап - ускорение единичного объема при вращении детали с контейнером вокруг оси водила; р„ - плотность материала единичного

объема детали; - размер проекции единичного объема детали на плоскость ХУ.

Выталкивающая сила для единичного объема детали с учетом переменной напряженности поля инерционных сил найдена по выражению (см. рис. 8):

Гщ =РаК («/-1/ зт(-п:-(ф + + ак ), (21)

где Ув - объем рабочей загрузки, вытесненной единичным объемом детали, ак - кориолисово ускорение.

Аналогичным образом для каждого единичного объема детали определялись остальные силы. Ускорения, скорости и координаты центра масс детали в произвольный момент времени рассчитывались численными методами.

Результирующий момент действующий на деталь при

движении в скользящем слое, представлен в виде

= ±МСВ + + + +2>р, • (22>

Для оценки равномерности формирования качественных характеристик поверхности и съема металла qн с помощью коэффициента Кп вычислялось распределение математического ожидания величины силы I воздействия рабочих тел по контуру детали за цикл обработки (рис. 9):

^^ршш (23)

/г

л ртах

где ^ртш, ^ртах - минимальное и максимальное значение силы ^р/ воздействия рабочего тела на поверхность.

Максимальное значение силы Рр |б,734 воздействия гранулы на деталь, Н

Минимальное значение силы Рр 15^853 воздействия гранулы на деталь, Н

Максимальное значение силы Рр [6^285 воздействия гранулы на деталь, Н

Минимальное значение силы Рр 16,264 воздействия гранулы на деталь, Н

Максимальное значение силы Рр 16,741 воздействия гранулы на деталь, Н

а) б)

Рис. 9. Схема распределения силы воздействия ГРС по контуру головки игровой клюшки (а) и корпуса датчика (б) (трехгранные призмы ПТ5Х5, сої = 12 мин-1, заполнение контейнера на 70 %, / = 20 мин)

Для установления границ возможной интенсификации технологических режимов разработана методика определения допустимых деформаций тонкостенных деталей на основе метода конечных элементов.

В шестой главе приведены результаты комплексных экспериментальных исследований многофункциональной ЦПОО. Целью экспериментальных исследований было расширение технологических возможностей и установление связей режимов и условий обработки с ее производительностью и качеством.

Построено свыше 40 эмпирических моделей для оценки величин удельного массового съема металла, шероховатости поверхности, интенсивности удаления заусенцев, степени упрочнения поверхности, процента годных деталей для различных способов ЦПОО. Экспериментально подтверждена возможность стабилизации качественных параметров поверхности и интенсификации ЦПОО переносным вращением водила, радиальными осцилляциями и другими предложенными способами. Оптимизированы технологические режимы и условия обработки, обеспечивающие снижение шероховатости поверхностей стальных деталей телами на керамической связке до Ra — 1,0...1,1 мкм и телами на полимерной связке и двухпереходной обработке до Ra = 0,4...0,2 мкм, стабильное достижение шероховатости Ra = = 0,6...0,3 мкм на деталях из труднообрабатываемых титановых сплавов и легированных сталей аустенитного класса, удаление заусенцев размером до 0,8 мм, деформационное упрочнение поверхности на глубине до 1,5 мм, снижение времени цикла зачистной обработки заготовок из полимерных материалов до 70-110 с. Эмпирические зависимости подтвердили результаты теоретических исследований, позволили разработать рекомендации по регламентированию режимов для различных способов ЦПОО.

В седьмой главе изложены результаты исследований физической сущности контактного взаимодействия рабочих тел с обрабатываемыми поверхностями при ЦПОО.

Для определения массового съема металла разработана математическая модель в виде

„ -n nrh (г 7С , hd \ "П А УьАд^еср , , , , , Г24ч

<?г - Рм™п{Гв— + —)—---I- ф нр Р м т' W

8 6 Si vn<IniPa

где /с - длина стружки; коэффициент, учитывающий форму заготовки; кКр - коэффициент, учитывающий количество гранул, не произ-

водящих съем металла; ha - глубина внедрения единичной частицы при динамическом нагружении; - средняя длина хорды скользящего слоя; v„ - скорость движения скользящего слоя для сечения, в котором определялась S^- площадь поверхности детали; Sk - средняя величина площади контакта рабочего тела с поверхностью детали; St - средняя величина площади контакта единичного зерна; г1;- соотношение контурной площади и фактической площади контакта; vecp - средняя скорость резания; г„ - радиус при вершине зерна;

кр - коэффициент, учитывающий влияние переносного вращения водила на искажение траектории движения скользящего слоя у торцовых стенок контейнера; кг - коэффициент, учитывающий съем металла в твердотельной зоне; км - коэффициент, учитывающий съем металла микрорельефом абразивных частиц; кс - коэффициент непрямолинейности скользящего слоя; t - время обработки.

Оценка достижимой для заданных режимов ЦПОО шероховатости проводилась путем определения глубин внедрения абразивных зерен рабочего тела в материал заготовки при первичном контакте hu при повторном контакте в той же точке с учетом упрочнения материала поверхности h2 , при повторном контакте по выступу между следами первичных контактов h3:

h =

cos

Ä.7tCTTntg

fh =h +

2P„, cos J-

l

\г

Хпат(1 + Кv)tg

sinl -

A3 =

APa cos

(l) UJ

l

где Рез - нагрузка на единичное зерно; X - отношение критического давления при упругих деформациях к константе пластичности; у - угол при вершине зерна; Ку - коэффициент упрочнения.

Для конструкционных материалов, склонных к навалообразова-нию при резании, значения корректировались коэффициентом 5':

8' = ^г

где сттп - приведенный предел текучести для тонких поверхностных слоев материала, определенный по разработанной методике; К= 3,45...3,52.

Профиль неровностей, построенный по комплексу следов контакта, импортировался в среду МаЛСАБ для расчета параметров шероховатости, достижимых при заданных технологических режимах. Результаты экспериментальных исследований показали, что расхождение с вычислениями по модели не превышает 10-12 % . Аналогичная методика определения параметров микропрофиля и приведенного предела текучести материала разработана для ЦПОО деформирующими рабочими телами.

Оценка качественных показателей при расширении области применения ЦПОО, прочностной анализ конструкции заготовок, определение параметров контактного взаимодействия рабочего тела и поверхности детали производились по методикам, основанным на методе , конечных элементов.

Оценка распределения давлений в зоне контакта шероховатых поверхностей абразивного тела и заготовки, представленных объемными топографическими моделями, позволила рассчитать долю упругих и пластических деформаций для заданных условий обработки. На основе моделирования получена формула для определения величины

остаточной шероховатости поверхности Яа, мкм:

(

60

М»Г» < атЪ

Яа = КНКП з 4 Ъ 7-, (25)

, 2ММ?)™

где Е - модуль упругости материала детали; рА - приведенный радиус пятна контакта на поверхности детали; Ъ - коэффициент площади контакта для шлифованных или полированных поверхностей; Мв - коэффициент соотношения высоты абразивных выступов и радиусов выступов, характеризующий переход к резанию; гв - радиус округления выступов частиц; Н2 - высота абразивных выступов; уь у2 - характеристика гладкости микропрофиля для абразивной гранулы и для исходной обрабатываемой поверхности соответственно; Ки - коэффициент, зависящий от закона распределения напряжений в зоне контакта;

Кп - коэффициент, учитывающий форму абразивной частицы, смоделированной вариационным многогранником.

Подобные методики оценки результатов многофункциональной ЦПОО на основе метода конечных элементов разработаны для низкотемпературной, упрочняющей обработки, обработки тонкостенных деталей.

В восьмой главе изложена методология конструирования оборудования, технологической оснастки и проектирования технологических операций ЦПОО.

В соответствии с результатами исследований, изложенными в теоретических главах работы, разработан универсальный алгоритм проектирования многофункциональной ЦПОО, реализующий единый подход к подготовке технологических операций различного назначения (рис. 10). Разработаны программные модули для оценки результатов многофункциональной ЦПОО. Выявлены наиболее часто используемые для решения технологических задач диапазоны параметров динамики взаимодействия ГРС и поверхностей деталей, на этой основе разработано промышленное технологическое оборудование для многофункциональной ЦПОО. Приведены примеры решения различных технологических задач при внедрении метода ЦПОО на промышленных предприятиях.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Дан системный анализ ЦПОО, предложена классификация технологических факторов, влияющих на результат объемной обработки, установлены критерии эффективности метода ЦПОО, определены направления развития и расширения функциональных возможностей ЦПОО.

2. Предложены новые способы объемной центробежной обработки деталей сложной формы ГРС, что позволило расширить возможности технологии, обеспечить стабильные качественные характеристики обработанных поверхностей, повысить производительность обработки.

3. Раскрыт и математически описан механизм движения элементов ГРС в различных зонах загрузки при планетарном вращении контейнеров с дополнительным переносным движением, реверсом и переменными скоростями составляющих движений, положенный в основу методологии определения контактного давления ГРС на обрабатываемые поверхности и скорости резания при назначении технологических режимов ЦПОО.

и> о

Рис. 10. Универсальный алгоритм проектирования многофункциональной ЦПОО (начало)

Сфортлм юшнесюи I_-

■ ним» НИ I '-'

Рис. 10. Окончание

4. Установлены граничные условия интенсификации движения ГРС и получены аналитические зависимости для регламентирования диапазонов технологических режимов в разработанных способах ЦПОО.

5. Создана методика количественной оценки конструктивных параметров, технологических возможностей рабочих тел, что позволило разработать новые конструкции тел, оптимизировать геометрию формы рабочего тела и предложить критерий замены ГРС по мере ее изнашивания.

6. Предложена методика моделирования поверхности абразивных тел для объемной обработки на основе статистической обработки результатов измерений, построена 3¿-модель поверхности абразивной гранулы и проведены исследования основных процессов ЦПОО методом конечных элементов.

7. Установлены аналитические взаимосвязи критериев низкотемпературного разрушения полимерных материалов деталей и характеристик контактного взаимодействия при ЦПОО, на основе которых разработан новый способ, позволяющий сократить время обработки до 45-120 с, определить требуемую напряженность поля инерционных сил в диапазоне 1,9-2^.

8. Математически описан механизм перемещения пустотелых деталей в скользящем слое загрузки, разработана компьютерная модель, позволяющая определить характер движения, и предложен способ ЦПОО подобных деталей.

9. На основании экспериментальных исследований получены полиномиальные модели ЦПОО, позволившие определять величины удельного массового съема металла, оптимизировать условия обработки для обеспечения шероховатости поверхности стальных деталей при однопереходной обработке абразивными телами на керамической связке до Ка = 1,0... 1,1 мкм, телами на полимерной связке до Ка = = 0,4...0,2 мкм.

10. Реализованы технологические возможности, оптимизированы технологические режимы и условия ЦПОО, обеспечивающие стабильное достижение шероховатости Ка = 0,6...0,3 мкм на деталях из труднообрабатываемых титановых сплавов и легированных сталей аусте-нитного класса, деформационное упрочнение поверхности деталей из конструкционных сталей на глубину до 0,6 мм со степенью наклепа от 10 до 20 %, с формированием на поверхности сжимающих остаточных напряжений.

11. Разработаны аналитические модели и методики для оценки массового съема металла при ЦПОО и формирования параметров шероховатости, учитывающие характеристики абразивных или деформирующих рабочих тел, динамику движения рабочей загрузки и прочностные характеристики материала заготовок, позволяющие рассчитать время цикла в зависимости от условий обработки.

12. Разработана методика определения значений физико-механических свойств тонких поверхностных слоев материала, необходимых для моделирования контактных взаимодействий ГРС с поверхностями заготовок.

13. Создана компьютерная трехмерная топографическая модель обрабатываемой поверхности на основе измерений характеристик рельефа микронеровностей, что позволило определить параметры контактного взаимодействия применением методов имитационного моделирования.

14. Проведен анализ процессов взаимодействия рабочих тел и поверхностей заготовок абразивной, деформационной, низкотемпературной обработки методом моделирования в среде ANS YS, экспериментально подтверждена адекватность моделей, предназначенных для технологической подготовки операций ЦПОО, и разработана методика оценки величин деформаций тонкостенных пустотелых деталей, неравномерности съема металла при ЦПОО.

15. Разработана единая методика проектирования технологических операций многофункциональной ЦПОО и подготовлен универсальный алгоритм, реализованный комплексом программных модулей, для обеспечения требуемого качества поверхностей обработанных деталей.

16. Разработаны основные принципы конструирования оборудования и технологического оснащения для реализации многофункциональной ЦПОО, позволившие внедрить технологию ЦПОО с годовым экономическим эффектом на сумму свыше 4 млн руб.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монография

Зверовщиков, А. Е. Многофункциональная центробежно-плане-тарная обработка : моногр. / А. Е. Зверовщиков - М. : Инфра-М, 2013.- 176 с.

Публикации в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ

1. Зверовщиков, А. Е. Динамические характеристики уплотненной массы рабочей загрузки при объемной центробежной обработке деталей / В. 3. Зверовщиков, А. Е. Зверовщиков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2007. -№ 1.-С. 140-150.

2. Зверовщиков, А. Е. Повышение эффективности объемной центробежной отделочно-упрочняющей обработки деталей в контейнерах с планетарным вращением / В. 3. Зверовщиков, А. Е. Зверовщиков, Е. А. Зверовщиков // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2007. -№12.-С. 3-10.

3. Зверовщиков, А. Е. Финишная обработка поверхностей деталей эластичными абразивными «брусками», уплотненными крыльчаткой / В. 3. Зверовщиков, А. Е. Зверовщиков, И. В. Агейкин // Производственно-технический журнал «Новые промышленные технологии» ЦНИЛОТ Департамента промышленности ядерных боеприпасов. -2009. -№3.

4. Зверовщиков, А. Е. Моделирование взаимодействия полимерных гранул с обрабатываемыми поверхностями деталей при центробежной объемной обработке в контейнерах с планетарным вращением/ В. 3. Зверовщиков, А. Е. Зверовщиков, Е. В. Зотов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки.-2009.-№ 3 (11).-С. 162-171.

5. Зверовщиков, А. Е. О формировании шероховатости поверхности на труднодоступных участках профиля детали при объемной центробежной обработке гранулированными средами / В. 3. Зверовщиков, А. В. Понукалин, А. Е. Зверовщиков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2010. -№3(15).-С. 114-122.

6. Зверовщиков, А. Е. О разрушении облоя на полимерных деталях при низкотемпературной центробежно-планетарной обработке / И. И. Во-ячек, А. Е. Зверовщиков, Е. А. Зверовщиков // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2011. - № 2. -С. 141-149.

7. Зверовщиков, А. Е. Технологическое обеспечение шероховатости при подготовке поверхностей деталей для восстановления / В. 3. Зверовщиков, А. Е. Зверовщиков, Ю. И. Просвирнин, Е. В. Зотов // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2011. - № 6. - С. 42-47.

8. Зверовщиков, А. Е. Совершенствование технологии отделоч-но-зачистной обработки полимерных деталей в контейнерах с планетарным вращением / И. И. Воячек, А. Е. Зверовщиков, Е. А. Зверовщиков // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2011. - № 10. - С. 43-49.

9. Зверовщиков, А. Е. Моделирование центробежной отделочно-упрочняющей обработки деталей в контейнерах с планетарным вращением для оптимизации технологических режимов / В. 3. Зверовщиков, С. А. Нестеров, А. Е. Зверовщиков, П. А. Гурин // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2012. -№7.-С. 141-149.

10. Зверовщиков, А. Е. Совершенствование процесса объемной центробежной обработки пустотелых деталей / А. Е. Зверовщиков, Д. Ю. Комаров // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2012. -№ 12.-С. 13-16.

11. Зверовщиков, А. Е. Совершенствование технологии объемной центробежной обработки деталей из легированных сталей и титановых сплавов / А. Г. Схиртладзе, В. 3. Зверовщиков, А. Е. Зверовщиков, Д. Ю. Комаров // Технология металлов. - 2013. - № 3. - С. 14-23.

12. Зверовщиков, А. Е. Совершенствование центробежной отде-лочно-упрочняющей обработки на основе моделирования взаимодействия рабочих тел с микрорельефом поверхностей деталей / В. 3. Зверовщиков, А. Е. Зверовщиков, В. А. Скрябин, П. А. Гурин // Ремонт, восстановление, модернизация. - 2013. - № 5. - С. 34—38.

13. Зверовщиков, А. Е. Расширение технологических возможностей объемной центробежно-планетарной обработки / А. Е. Зверовщиков // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2013. - № 7. -С.17-23.

Патенты РФ

1. А. с. 1627382 СССР М. Кл. В24 В 31/104. Способ обработки деталей и устройство для его осуществления / Мартынов А. Н., Зверовщиков В. 3., Зверовщиков А. Е., Манько А. Т. (СССР). - № 4489426/08 ; заявл 03.10.1988 ; опубл. 15.02.1991, Бюл.№6.

2. А. с. 1675069 СССР, МКИ4 В24 В 31/14. Гранула наполнителя для объемной обработки деталей / Мартынов А. Н., Зверовщиков А. Е. -№ 472825/08 ; заявл. 08.08.1989 ; опубл. 14.03.1991, Бюл. № 33.

3. А. с. 1705040 СССР, МКИ5 В24 В 31/104. Способ центробежной абразивной обработки деталей и устройство для его осуществления / Мартынов А. Н., Зверовщиков А. Е., Афонин М. Д., Денисов Ю. В.,

Багринцев Ф. Г. -№ 4725317/08 ; заявл. 02.08.1989 ; опубл. 15.01.1992, Бюл. № 2.

4. А. с. 1749004 СССР, МКИ4 В24 В 31/14. Способ отделочно-зачистной обработки и устройство для его осуществления / Мартынов А. Н., Зверовщиков В. 3., Зверовщиков А. Е., Афонин М. Д. -№ 4796490/08 ; заявл. 27.02.1990 ; опубл. 23.07.1992, Бюл. № 27.

5. А. с. 1761446 СССР, МКИ4 В24 В 31/14. Устройство для центробежной абразивной обработки / А. Н. Мартынов, В. 3. Зверовщиков, А. Е. Зверовщиков. - № 4796396/08 ; заявл. 26.02.1990 ; опубл. 15.09.1992, Бюл. №34.

6. Пат. 2227781 Российская Федерация, МПК6 В 29 С 37/02. Способ удаления облоя и грата с изделий из полимерных материалов / Зверовщиков В. 3., Зверовщиков А. Е., Переседов Д. И., Ломакин В. А.; заявитель и патентообладатель Пенз. гос. ун-т. -№ 2003116828/12 ; заявл 04.06.2003 ; опубл. 27.04.2004, Бюл. № 19.

7. Пат. 2302940 Российская Федерация, МПК7 В24 Ь31/10. Способ камерной абразивной обработки и устройство для его осуществления / Зверовщиков А. Е., Зверовщиков В. 3., Зверовщиков Е. А.; заявитель и патентообладатель Пенз. гос. ун-т. - № 2006101416/02 ; заявл. 18.01.2006 ; опубл. 20.07.2007, Бюл. № 20.

8. Пат. 2304503 Российская Федерация, МПК7 В24 Ь 31/104. Устройство для центробежной обработки деталей / Зверовщиков В. 3., Зверовщиков А. Е., Зверовщиков А. В., Белашов М. В. ; заявитель и патентообладатель Пенз. гос. ун-т. - № 2006104568/02 ; заявл. 14.02.2006 ; опубл. 20.08.2007, Бюл. № 23.

9. Пат. 2365484 Российская Федерация, МПК В24 ВЗ1/104. Способ центробежной обработки деталей и устройство для его осуществления / Зверовщиков В. 3., Зверовщиков А. Е., Зверовщиков А. В., Агейкин И. В. ; заявитель и патентообладатель Пенз. гос. ун-т. -№ 2008105558/02 ; заявл. 13.02.2008 ; опубл. 27.08.2009, Бюл. № 24.

10. Пат. 2401730 Российская Федерация, МПК7 В24 Ь 31/104. Способ центробежной абразивной обработки деталей / Зверовщиков В. 3., Зверовщиков А. Е., Нестеров С. А., Зотов Е. В., Юртаева Е. В. ; заявитель и патентообладатель Пенз. гос. ун-т. -№ 2009109496/02 ; заявл. 16.03.2009 ; опубл. 20.10.2010, Бюл. № 29.

11. Пат. 2470760 Российская Федерация, МПК В24 В 31/14. Абразивная гранула / Зверовщиков В. 3., Зверовщиков А. Е., Понука-лин А. В., Зверовщиков Е. А. ; заявитель и патентообладатель Пенз.

гос. ун-т. - № 2011118265/02 ; заявл. 05.05.2011 ; опубл. 27.12.2012, Бюл. № 36.

12. Пат. 2466007 Российская Федерация, МПК В24 ВЗ1/104. Способ центробежной абразивной объемной обработки пустотелых деталей / Зверовщиков В. 3., Зверовщиков А. Е., Комаров Д. Ю.; заявитель и патентообладатель Пенз. гос. ун-т. - № 2011127192/02 ; заявл. 01.07.2011 ; опубл. 10.11.2012, Бюл. №31.

13. Пат. 2466017 Российская Федерация, МПК7 В24 Ь 31/104, В29 С37/02. Способ зачистки деталей из полимерных изделий / Зверовщиков В. 3., Зверовщиков А. Е., Зверовщиков Е. А. ; заявитель и патентообладатель Зверовщиков Е. А. - № 2011114456/05 ; заявл. 13.04.2011 ; опубл. 10.11.12,Бюл.№31.

Научное издание

Зверовщиков Александр Евгеньевич

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПРИ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЦЕНТРОБЕЖНО-ПЛАНЕТАРНОЙ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКЕ

Специальности: 05.02.08-Технология машиностроения; 05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки

Редактор К П. Мухина Технический редактор М. Б. Жучкова Компьютерная верстка М. Б. Жучковой

Распоряжение № 19/2013 от 27.08.2013

Подписано в печать 26.08.13. Формат 60х84,/іб- Усл. печ. л. 2,09. Тираж 100. Заказ 734.

Издательство ПГУ. 440026, Пенза, Красная, 40. Тел./факс: (8412) 56-47-33; е-таі1:ііс@рги^и.га

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Л

Г

05201450005 На правах рукописи

Зверовщиков Александр Евгеньевич

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ПРИ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЦЕНТРОБЕЖНО-ПЛАНЕТАРНОЙ ОБЪЕМНОЙ

ОБРАБОТКЕ

05.02.08 - Технология машиностроения

05.02.07 - Технология и оборудование механической

и физико-технической обработки

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: доктор технических наук, профессор И. И. Артемов

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................................8

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ОБЪЕМНОЙ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ ОБРАБОТКИ В КОНТЕЙНЕРАХ С ПЛАНЕТАРНЫМ ВРАЩЕНИЕМ И ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА. ...16

1.1 Краткая характеристика основных методов объемной обработки деталей.......................................................................................................................................................16

1.1.1 Галтовочная обработка.........................................................................................17

1.1.2 Объемная вибрационная обработка......................................:........................18

1.1.3 Центробежно-ротационная обработка.........................................................21

1.1.4 Центробежно-планетарная объемная обработка...................................23

1.2 Анализ способов воздействия на загрузку для интенсификации центробежно-планетарной объемной обработки..............................................................26

1.3 Моделирование объемной обработки в контейнерах

с планетарным вращением.............................................................................................................30

1.3.1 Методы компьютерного моделирования движения гранулированных сред......................................................................................................................31

1.3.2 Методы моделирования контакта абразивного зерна

рабочего тела с поверхностью при объемной обработке...............................................35

1.4 Общие закономерности и проблемы обработки в контейнерах с планетарным вращением.................................................................................................................45

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРАНУЛИРОВАННОЙ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ В КОНТЕЙНЕРАХ С ПЛАНЕТАРНЫМ ВРАЩЕНИЕМ.......................................................................................50

2.1 Системный анализ метода центробежно-планетарной

объемной обработки..........................................................................................................................50

2.1.1 Определение достижимых качественных параметров обработки.................................................................................................................................................56

2.1.2 Оценка влияния технологических факторов на скорость формирования качественных параметров поверхности.................................................57

2.2 Изменение динамики элементов загрузки при центробежно-планетарной объемной обработке...............................................................66

2.2.1 Центробежно-планетарная объемная обработка деталей

при дополнительном вращении водила..................................................................................66

2.2.2 Обработка деталей при реверсировании вращения контейнеров............................................................................................................................................67

2.2.3 Обработка деталей при переменной скорости вращения контейнеров.....................................................................................................................69

2.3 Кинематические характеристики стенки рабочей камеры контейнера...............................................................................................................................................70

2.4 Кинематические характеристики частиц твердотельной

зоны загрузки.........................................................................................................................................74

2.5 Кинематические характеристики частиц скользящего слоя загрузки..........................................................*...........................................................................................78

2.6 Динамические характеристики элементов загрузки при планетарном движении рабочей камеры.............................................................................................................88

2.7 Определение скорости резания и давлений гранулированной рабочей среды.......................................................................................................................................95

2.8 Влияние переменной скорости вращения контейнеров и радиальных осцилляций стенки контейнера на движение загрузки..................................................108

2.9 Влияние жидкостной фазы гранулированной рабочей среды

на движение загрузки........................................................................................................................113

Выводы......................................................................................................................................116

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАБОЧИХ ТЕЛ ПРИ ЦЕНТРОБЕЖНО-ПЛАНЕТАРНОЙ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКе................................................................................................................................118

3.1 Конструктивные характеристики рабочих тел для ЦПОО...........................121

3.1.1 Геометрические и массовые параметры единичного рабочего

тела..............................................................................................................................................................121

3.1.2 Описание геометрии абразивных частиц поверхностей

рабочих тел..............................................................................................................................................125

3.1.3 Характеристики рабочих тел,влияющие на движение

рабочей загрузки..................................................................................................................................128

3.2 Оценка технологических характеристик рабочего тела...............................130

3.2.1 Стойкость формы рабочего тела......................................................................130

3.2.2 Оценка проникающей способности рабочих тел.....................................133

3.2.3 Определение площади пятна контакта рабочего тела

с поверхностью заготовки...........................................................'....................................................138

3.3 Динамические характеристики рабочих тел......................................................140

3.4 Влияние податливости рабочих тел на технологические возможности центробежно-планетарной объемной обработки................................146

3.4.1 Контактное взаимодействие нежесткого рабочего тела с обрабатываемой поверхностью...................................................................................................146

3.4.2 Конструкция нежесткого рабочего тела......................................................153

3.5 Исследование стойкости рабочих тел при ЦПОО..............................................154

3.5.1 Износостойкость рабочих тел на керамической связке.......................154

3.5.2 Износостойкость рабочих тел на полимерной связке..........................158

3.6 Компьютерное моделирование поверхности абразивных

рабочих тел..............................................................................................................................................161

3.6.1 Моделирование рельефа поверхности рабочего тела...........................161

3.6.2 Особенности вцбора модели материалов и создания

сетки конечных элементов при моделировании................................................................164

Выводы......................................................................................................................................................166

ГЛАВА 4 Технологические Основы Низкотемпературной Центробежно-Планетарной Объемной Обработки.................................................167

4.1 Общие положения объемной низкотемпературной зачистной обработки полимерных деталей..........................................................................................................................167

4.2 Условия удаления облоя на полимерных деталях...........................................167

4.3 Исследование механизма разрушения облоя.

Критерии разрушения.......................................................................................................................169

4.4 Расчет количества хладагента для технологического цикла....................177

4.5 Облицовка рабочей камеры контейнера для низкотемпературной

обработки.................................................................................................................................................180

Выводы......................................................................................................................................................184

ГЛАВА 5 ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЦЕНТРОБЕЖНО-ПЛАНЕТАРНОЙ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКИ ТОНКОСТЕННЫХ ПУСТОТЕЛЫХ ДЕТАЛЕЙ..............186

5.1 Особенности объемной обработки пустотелых деталей.............................186

5.2 Определение сил, действующих на пустотелую деталь, при движении

в скользящем слое рабочей загрузки........................................................................................188

5.3 Определение моментов сил, действующих на пустотелую деталь сложной формы.....................................................................................................................................194

5.4 Технология отделочной ЦПОО тонкостенных пустотелых деталей......198

5.5 Исследования деформаций тонкостенных деталей при обработке.......203

5.6 Точностные показатели обработанной поверхности

тонкостенной детали.........................................................................................................................206

Выводы......................................................................................................................................................209

ГЛАВА 6 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНые ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЦЕНТРОБЕЖНО-ПЛАНЕТАРНОЙ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКИ И КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ........210

6.1 Методика экспериментальных исследований...................................................210

6.1.1 Оборудование и приборы, применяемые для исследований............210

6.1.2 Материалы и образцы............................................................................................222

6.1.3 Методика экспериментальных исследований..........................................225

6.2 Экспериментальные исследования влияния соотношения скоростей планетарного движения и осевых вибраций рабочей камеры

на технологические возможности ЦПОО...............................................................................,.225

6.3 Экспериментальное исследование влияния переносного движения водила на эффективность центробежно-планетарной объемной обработки деталей...230

6.3.1 Влияние дополнительного движения водила на производительность центробежно-планетарной объемной обработки деталей............................................230

6.3.2 Моделирование шероховатости поверхности деталей, обработанных 'абразивной ГРС......................................................................................................................................236

6.3.3 Исследование формирования шероховатости поверхности при объемной обработке деталей деформирующими рабочими телами.......................242

6.4 Исследование влияния технологических факторов на результат ЦПОО абразивными рабочими телами на полимерной связке.................................................247

6.5 Формирование шероховатости на поверхностях зон ограниченного доступа детали.......................................................................................................................................254

6.6 Формирование шероховатости на поверхностях деталей из титановых сплавов и высоколегированных сталей...................................................................................259

6.7 Исследование эффективности низкотемпературной зачистной ЦПОО полимерных деталей..........................................................................................................................269

6.8 Исследование процесса зачистной обработки деталей из легких сплавов после лазерного раскроя...............................................................................................278

6.9 Моделирование формирования упрочнённого поверхностного слоя обработанной детали........................................................................................................................282

6.10 Микротвердость и остаточные напряжения в поверхностных слоях

деталей после центробежно-планетарной объемной обработки..............................285

Выводы......................................................................................................................................................289

ГЛАВА 7 МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ РАБОЧИХ ТЕЛ

С ПОВЕРХНОСТЯМИ ЗАГОТОВОК ПРИ ЦЕНТРОБЕЖНО-

ПЛАНЕТАРНОЙ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКЕ.....................................................................291

7.1 Модель съема металла при обработке деталей абразивными рабочими телами..................................................................................................................................291

7.2 Модель формирования шероховатости поверхности, при обработке абразивными рабочими телами..................................................................................................300

7.3 Оценка качественных показателей поверхности путем компьютерного моделирования......................................................................................................................................310

7.3.1 Методология моделирования ЦПОО.................................................................310

7.3.2 Допущения, принятые при компьютерном моделировании..............313

7.3.3 Назначение физико-механических свойств модели материала........314

7.3.3.1 Прочностные характеристики металла при абразивном диспергировании..................................................................................................................................315

7.3.3.2 Определение поправочных коэффициентов для физико-механических свойств материала поверхностного слоя при помощи масштабного прототипирования .............................................................................................................................319

7.3.4 Построение объёмной модели обработанной поверхности...............324

7.3.5 Моделирование заготовок для определения граничных условий деформации конструкции ..............................................................................................................327

7.3.6 Особенности приложения нагрузок и схемы закреплений при моделировании ....................................................................................................................................328

7.3.7 Проведение вычислительных экспериментов и анализ полученных результатов............................................................................................................................................335

7.4 Построение модели шероховатости поверхности при обработке абразивными рабочими телами на основе результатов вычислительного эксперимента.........................................................................................................................................346

7.5 Моделирование рельефа поверхности после

контактно-деформационного упрочнения.............................................................................350

Выводы......................................................................................................................................................356

ГЛАВА 8. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОМЫШЛЕННОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.......................................................................................358

8.1 Проектирование технологического оборудования и оснастки для центробежно-планетарной объемной обработки..............................................................358

8.2 Проектирование технологической операции многофункциональной центробежно- планетарной объемной обработки.............................................................367

8.2.1 Общие принципы проектирования операции центробежно-планетарной объемной обработки..............................................................367

8.2.2 Программное обеспечение для автоматизации проектирова ния

операций многофункциональной ЦПОО..................................................................................372

8.3 Технологическое оборудование для центробежно-планетарной объемной обработки..........................................................................................................................381

8.3.1 Центробежная установка с дополнительным движением водила.381

8.3.2 Установка для обработки мелкоразмерных деталей............................386

8.4 Технологические возможности центробежно- планетарной объемной обработки деталей гранулированными рабочими средами

и область эффективного применения.......................................................................................390

Выводы......................................................................................................................................................395

Основные сокращения и условные обозначения, принятые в работе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.....................................................................................396

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................................................................................403

ПРИЛОЖЕНИЕ А....................................................................................................................................431

' ПРИЛОЖЕНИЕ Б....................................................................................................................................434

?

ПРИЛОЖЕНИЕ В....................................................................................................................................440

ПРИЛОЖЕНИЕ Г.....................................................................................................................................463

ПРИЛОЖЕНИЕ Д....................................................................................................................................497

ПРИЛОЖЕНИЕ Е....................................................................................................................................504

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж...................................................................................................................................506

ПРИЛОЖЕНИЕ И....................................................................................................................................517

ПРИЛОЖЕНИЕ К....................................................................................................................................522

ПРИЛОЖЕНИЕ Л....................................................................................................................................525

ПРИЛОЖЕНИЕМ...................................................................................................................................529

ПРИЛОЖЕНИЕ Н....................................................................................................................................536

ПРИЛОЖЕНИЕ П....................................................................................................................................541

ПРИЛОЖЕНИЕ Р....................................................................................................................................550

ПРИЛОЖЕНИЕ С....................................................................................................................................554

ВВЕДЕНИЕ

Развитие технологии машиностроения направлено на повышение интенсивности процессов обработки и требований к стабильности качественных характеристик изделий. Детали сложной формы с развитой пространственной конфигурацией, к которым относятся рычаги, мелкие корпуса изделий машиностроения, элементы арматуры, корпуса датчиков, изделия из полимерных материалов, часто изготавливают методами литья, объемной или листовой штамповки. К таким изделиям часто предъявляются высокие требования по шероховатости. Кроме того, на поверхностях заготовок присутствуют остатки литниковых систем, следы перемещения деформирующих и выталкивающих элементов прессформ, заусенцы от вырубных штампов. Обеспечение качества поверхностей деталей сложной формы непосредственно на операциях формообразования связано с резким удорожанием техно�