автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Управление технологическими характеристиками процесса шлифования высокопористым абразивным инструментом

На правах рукописи

Дуличенко Игорь Викторович

УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ ВЫСОКОПОРИСТЫМ АБРАЗИВНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

Специальность: 05.03.01 - Технологии и оборудование

механической и физико-технической обработки

Автореферат

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 2006

Работа выполнена в Волжском институте строительства и технологий (филиале) Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

Шумячер Вячеслав Михайлович.

Официальные оппоненты' доктпр технических наук, профессор

Полянчиков Юрий Николаевич.

кандидат технических наук Перемыщев Виктор Викторович.

Ведущая ор[ анизация: ГУЛ ВНИИТМАШ

Защита состоится 27 апреля 2006 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета К 212.028.02 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, Волгоград, пр. Ленина, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан 17 марта 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ■

Ю.М. Быков

IQQ 6 А 63 SO

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одним из основных показателей эффективности любого производства является качество выпускаемой продукции. Современный уровень технического прогресса задает все более жесткие требования к этому показателю.

ö технологии машиное ¡роения качесто выпускаемом продукции предопределяется эффективностью обработки поверхностей деталей на завершающем этапе цикла производства. Чаще других завершает этот этап абразивная обработка (шлифование), поскольку 'в настоящее время именно шлифование является основным наиболее экономичным и точным способом получения поверхности детали.

Проблема улучшения качества в основном решается выбором оптимального режима шлифования, СОЖ и характеристик абразивного инструмента. В свете развития новых технологий, в час1Н0С1и 1ехнол01ии создания абразивною инсфумеша, задача повышения его качества и по сей день остается одной из важнейших. Серьезное внимание этой проблеме уделяли многие авторы Королев A.B., Якимов A.B., Маталин A.A., Маслов E.H. и др.

Характеристика абразивного инструмента во многом определяется его строением, которое, в свою очередь, является определяющим параметром получения высокой производительности и улучшения качества поверхностного слоя. Процесс шлифования сопровождается стружкообразованием при значительных удельных нагрузках на единичные зерна.

Режущая способность шлифовального круга зависит от характера и интенсивности «засаливания» его рабочей поверхности, заключающегося в заполнении межзеренного пространства микростружками обрабатываемого металла. Минимизация «засаливания» профиля шлифовального круга на практике достигается путем применения высокопорисш!о абразивною инегруменш, успешно зарекомендовавшего себя во многих металлообрабатывающих отраслях промышленности.

Однако при создании высокопористого инструмента, за счет достижения преимуществ в одних показателях, зачастую возникают недостатки в других. Так, например повышение пористости неизбежно влечет снижение прочности и т. д. Поэтому одним из важнейших резервов обеспечения стабильного качества при шлифовании и высокой производит^йЬноат^дазлёТКЙ, разработка тех-

нологических принципов создания инструмента специализированною строения и конструкции, оптимизированного для того или иного пронесся шлифования с учетом всех характерных для него факюров.

Поэтому повышение эффективности абразивной обработки, а в конечном итоге качества выпускаемой продукции, является в

iiàCTO^luCC tiKl 'v TulbriGïï Hâj4HGi"i npGwjjC viOki iíTvíС ï\-»tïiCi"! bà/iuhíl

ипнк'па гное шаченне

Цель и задачи работы. Цель работы - повышение эфФек-i iiBiiocm абразивной обработки за счет применения высокопористого инструмента с регламентируемыми характеристиками

Для достижения поставленной цепи необходимо решить следующие основные задачи:

- исследован, и дать количественное описание влияния размеров пор, характера их распределения на физико-механические свойства шлифовального круга:

- рлфаботлть технологические принципы изготовления высокопористого абра ижного инструмента на основе описания его сфуктчры и строения с целью повышения производительности и качества обработки:

- на основе пол\'ченной информации разработать техноло-I пческип процесс производства высокопористых шлифовальных крути.

Мсчоды и средства исследований. В диссертационной ра-óoic использовались методы математических и статистических исследований. Экспериментальные исследования проводились с применением апесюванных средств измерения. Теоретические исследования проводились на базе основных положений физико-химической механики материалов, материаловедения, (ехнологии млшиносфоения, теории шлифования и системного анализа.

Над чиая новизна

- разработка геометрическая модель теоретически бездефектного круга, позволяющая расчетным путем определять основные показатели структуры шлифовального круга;

- \становлена математическая зависимость для определения количества связки при со?лании круга заданной характеристики;

- па основе моте птрования процесса шлифования разрабо-UH высокопористын круг с заданными параметрами структуры и повышенными физико-механическими показателями;

- установлены зависимости структурных характеристик шлифовальных кругов с параметрами обработки (силы резания, мощность, температура, износ, шероховатость поверхности).

Практическая ценность и реализация работы.

1. Разработан абразивный инструмент (Патент на изобретение № 2215643 по заявке № 2001114887, зарегистрировано в Государственном реестре изобретений РФ 10 ноября 2003 г.).

2. Разработаны рецептуры абразивного инструмента (Патент на изобретение № 2262434 по заявке № 2004110458, зарегистрировано в Государственном реестре изобретений РФ 20 октября 2005 г.).

3. Разработаны рекомендации по созданию высокопористых кругов с чередующимися участками и способ формования высокопористых кругов с использованием прогрессивного метода укладки формовочной смеси во вращающуюся прессформу с насадкой для образования чередующихся участков.

Апробация работы. Основные положения и материалы работы доложены на международных научно-технических конференциях: Международной научно-технической конференции «Шлифабразив 2000 - 2003»; на научно-технических семинарах кафедры «Технологии обработки и производства материалов» Волжского института строительства и технологий.

Публикации. По материалам исследований опубликовано семь печатных работ, получено 2 патента на изобретение, заявка на получение патента РФ (находится на рассмотрении).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения по работе, списка литературы и приложений. Диссертация содержит 246 страниц машинописного текста, 58 рисунков, 34 таблицы. Список литературы включает 119 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решения проблемы повышения эффективности абразивной обработки за счет применения высокопористого инструмента.

В первой главе рассмотрены технологические принципы повышения качества абразивного инструмента.

Показано, что изучение влияния на эксплуатационные покажи ели абразивною инструмента количества связки, объемного содержания, количества и размера пор, структуры позволяют выдавать обобщенные рекомендации по рецептуре и технологии из-ютвления абразивною инструмента с высокой режущей способностью.

На основании обзора и анализа литературы отмечено, что для прогнозирования характеристик абразивного инструмента, необходимо провести системный анализ работы шлифовального круга, основанный на геометрическом моделировании его струк-гуры.

Моделирование позволяет перейти от пассивного описания, к активным методам управления свойствами рабочего абразивного с юя не только при изютовлении кругов, но и в процессе эксплуа-I лции.

В многочисленных исследованиях отечественных и зарубежных авторов предложено множество способов повышения качества абразивною инструмента.

Однако, отсутствие конкретных рекомендаций по созданию высокопористого абразивного инструмента, обеспечивающею высокие режущую способное п., прочность удержания зерен спя ¡коп не позвопяют их широко внедрить в промышленное н». Изменение строения матрицы абразивного инструмента путем введения в рецептуру порообразующих и абразивных наполни ic.'ieñ, на наш взгляд позволяет приблизить модель строения инструмента средней структуры к строению высокострук-lypiioro Введение в абразивную смесь порообразователя, позво-iHci при формовании сконцентрировать связку ее в местах кон-i.iKioB абразивных зерен. Это позволяет получать круги с заданной твердостью и прочностью при меньшем содержании в нем связки, ю есть с увеличенной пористостью. Введение с основной фракцией более мелкого абразивного зерна позволяет увеличить число контактов, сделать более плотной упаковку и получить инструмент с заданными физико-механическими показателями при меньшем количестве связки.

Во второй i.iane показано, что повышение эффективности и качсста процесса абразивной обработки подбором режимов шлифования к соответствующим характеристикам шлифовального круга не Bcei да приводит к положительному результату.

Для создания абразивного инструмента высокой производительности, необходимо имс1ь четкое представление о строении и механизме образования пространственной структуры черепка инструмента, как композита из каркаса абразивных зерен, связующего и пор.

Строение шлифовального круга определяется конструктивными пока {а 1 елями - размерам, объемом, формой нор и прочно-С11Л0 связей абразивных зерен друг с друшм, наличием мелких ' фракций и формой их частиц и технологическими показателями -

режимами смешивания, формования, сушки и обжига, составом наполнителей и другими. Перечисленные выше показатели, такие как размер пор, фирма пор, обьем единичной поры, характеристика поробразуюших и абразивных наполнителей, форма и размер абразивных зерен предопределяют структуру инструмента Эти показа) ел и, характеризующие строение круга учи ш вались нами при создании его модели. Необходимо, чтобы форма и размеры час1иц (абразивное зерно, связка), масса и число час1иц в единице объема, коэффициент полноты формы соответствовали реальным, а абразивные зерна по отношению друг к дру!у были зафиксированы и места их контактов опоясаны частицами связки.

Основным элементом круга является абразивное зерно, поэтому при создании такой модели необходимо, прежде всего, реши 1ь вопрос о форме и ею размерах и отыскании ею бездефектного эквивалента, удобного для вычислений и сохранившего его основные рабочие свойства, и, в первую очередь, способность диспергировать обрабатываемый ма1ериал. В ряде работ, посвященных процессу шлифования, основной элемент круга - абразивное зерно, представляют в виде шара, набора трех сфер, эллипсоида, куба, параллепипеда, двух пирамид, сложенных основаниями.

На наш взгляд, наиболее приемлемым является подход, учи, тывающий реальную форму абразивных зерен при помощи коэффициента полноты формы (отношение объема реального абразивного зерна к объему параллепипеда со сторонами, равными его ' размерам), основанный па закономерной связи средней массы абразивного зерна данной зернистости со средними значениями геометрических параметров, его массы и содержанием в единице объема.

Нами приняты следующие допущения. Поскольку абразивные зерна имеют неправильную геометрическую форму и, как

спочствие этого, криволинейную поверхность, нами принята упрощенна модель бездефектного зерна, представляющая собой два конуса, сложенные основаниями друг к другу (рис. 1) с отношени-/

см — =1.4 как и для реального абразивного зерна.

Рис 1. Модель бездефектного зерна

Исходя ш того, что зерна контактируют между собой в черепке и максимальное число контактов их равно 12, нами задана пс ! ь со'тзгь модель с н з ибо !тее плотной упаковкой зерен с числом контактов равным 12.

Стремлением те 1 максимально сокращать свою поверхность (*о\ с "¿явл пваются многие процессы в кристаллических веществах II системах, состоящих из тонкодисперсных часгиц.

Абразивные смеси относятся к грубодисперсным системам, по кому форма их лрегатов отличается от формы шара и прибли-Ж.1С1СЯ к форме, соошетствующей форме основного его компо-ненга - {ерна Нами в качестве элемента модели строения абра-¡нвиого инструмента выбрана фигура, представляющая собой два конуса, сложенных основаниями диаметром =3Ь и общей высотой Нь =3/, в которую при кубической упаковке вмещаются 15 бездефектных зерен Црис. 2).

Другим элементом модели строения круга является связка. Она вводится в определенных количествах в зависимости от твердости, структуры, зернистости, типа связки, прочности абразивного инструмента.

Ок=3-Ь

Рис. 2. Модель элемента абразивного инструмента (кубическая упаковка). 1 - бсадефекпюс зерно

С целью определения основных параметров строения абразивного инструмента, нами впервые сделана нопьика, формализовано определить потребное количество связки в рецепте для изделий различных абразивных материалов, зернистостей, твердостей и режимов, применяемых в абразивной офасли при работе на связке К5 для 24А и К10 для 63С.

Проведенный статистический анализ показал, что расчетные показатели при доверительной вероятности 95% колеблются в пределах 0 - 5% от рецептурных значений. Число контактов зерен между собой, является важнейшее характеристикой строения абразивного инструмента. В зависимости от содержания зерна

(структуры), число контактов зерен друг с другом для каждой молоти абразивного инструмента будет различным. Нами получены жспериментальные и расчетные данные о числе зерен и числе контактов в зависимости от содержания реальных абразивных и бездефектных зерен в абразивном инструменте. Зная объем занимаемый бездефектным зерном и связкой в инструменте, можно

"!'[ LJLJ.ll !) ШЧННН НМ^ МП. ) Ь ^ (I ГК! 4Hi.1v

пы\ 1гр1-н к г 'птин^ мпьсМс!, КО гОрОС раННО ЧНСЛ*, Пор, ЛСГКО ОП-ре имить средний объе^ одной поры. Для бездефектного абразивною инс1р\мента поры должны иметь не только равные размеры, по I! равномерное распределение по поверхности. Поры должны обеспечивать размещение предельных размеров сгружки.

Приближение строения инструмента к бездефектному, по-¡ы) шло значительно увеличить количество нор |раничных с зерном по рчзмер> превышающих размер зерна. Отношения длины норы к длине граничного с ней зерна в абразивном инструменте, оказывает с\ тсс темное влияние па эффективность процесса I' щфовапия Ис\о 1я из параметров строения и механической прочности, можно заключить, чю наибольшая производитель-нос п. может быть достигнута при шлифовании высокопористым пне фу мен том шестой структуры, а наименьшая теплонапряжен-ноиь процесса шлифования при использовании инструмент высоких номеров структур. При этом наибольший эффект, на наш взпял може 1 быть иотучен при создании абразивного инструмен-1а в форме круга включающего в себя попеременно чередующиеся участки, обеспечивающие наименьшею тсплонапряжснность процесса шлифования с наибольшей производительностью. Участки !аких кру гов с наивысшей производительностью и наименьшей юплонапряженностью должны быть высокопористыми.

Созданная геометрическая модель бездефектного круга позволяет расчетным путем определить основные показатели характеризующие строение круга. Установлено для круга 24А, 4... 13 структуры число контактов зерен II .7; количество связки, способствующее повышению физико-механических показателей на 60.8 % 24,3 %; размер бездефектной поры 256. .315 мкм; коэф-'¡шписпг сгрчжкора!мешения Кр > К, ~ 0,8; число зерен на 1мм" рабочей поверхности круга 10 .. 13 шт. Определена форма и размеры бездефектного зерна: форма зерна - два конуса, сложенные основаниями друг к другу; масса зерна (516x10~7 г); количество

зерен в единице объёма (43298 —^); геометрические размеры

см

1 + Ь - 442ч-316 мкм; коэффициент полноты формы (0,26). Разработан элемент модели агрегата связки, состоящий из четырёх частичек, вписанных в шар. Установлена математическая зависимость для определения необходимого количества связки в рецепте при получении кругов заданной характеристики.

Разработан высокопористый круг шестой структуры с введением в него выгорающих и абразивных наполнителей по основным параметрам строения незначительно отличающийся от круга десятой структуры.

В третьей главе проведен анализ исследования режущей способности, износостойкости и амплитудно-частотных характеристик экспериментальных кругов.

Режущая способность и съём металла кругами различных структур и конструкций увеличиваются до приложения определенной величины нагрузки, а при дальнейшем повышении имеют тенденцию к снижению. Установлено, что наиболее высокими режущими свойствами обладают высокопористые круги 6-й структуры, так режущая способность их соответственно в сравнении с 4, 8, 10, 13 структурами выше в 1,1; 1,4; 1,7; 2 раза, а съём металла в 1,1; 1,3; 1,6; 2,1 раза. Для кругов с чередующимися участками установлено оптимальное сочетание твердостей, структур и длин участков. Режущая способность кругов специального строения и конструкций с увеличением подачи и глубины резания имеет тенденцию к увеличению. Показано, что высокопористые круги 6 структуры (с порообразующими и абразивными наполнителями) на 20...35% имеют меньший износ, а круги с чередующимися участками на 20...25% в сравнении с серийными.

Установлено, что лучшими по всему комплексу показателей являются высокопористые круги с 12 парами участков, 6/13 структур, твердостью СМ1/М1.

Четвертая глава посвящена исследованию динамики процесса и качества поверхностного слоя при шлифовании экспериментальными кругами с определением технико-экономических показателей.

Установлено, что силы резания, мощность и температура при шлифовании кругами различного строения и конструкции с увеличением режимов растут. Шероховатость поверхности при

увеличении режимов шлифования имеет тенденцию к увеличению Разработанные нами круги при шлифовании оказывают наименьшее воздействие на шлифуемую поверхность, что характеризуется меньшей величиной напряжений II рода. Получена зависимость, определяющая технико-экономические показатели технологической системы при шлифовании.

Рис. 3. Режущая способность кругов в зависимости от глубины шлифования стали 18Х2Н4А:

х - 24А25СМ16К5 - серийный (/); ▲ - 24А25М26К5 - серийный (2); о 24А25СМ16К5 - прерывистый, п = 8, / = 20 (3); • - 24Л25М26К5 - высокопористый (-630 + 400 мкм) (4); ■ - 24А25СМ1/М16/13К5 - я = 12;/ = 33 (5); режимы: К - 23 м/с; V„р = 12 м/мин; / = 10 мкм

В пятой главе даны рекомендации по практической реализации резулыаюв работы: по рецептуре абразивных высокопо-

ристых круг ов с чередующимися участками; по способу формования высокопористых кругов с использованием прогрессивного метода укладки формовочной смеси во вращающуюся прессформу с насадкой для образования чередующихся участков.

ВЫВОДЫ

1. Создана геометрическая модель шлифовального круга,

ммршщяв пбщмй приЗЧ?.1' ДЛЯ ВССХ ОСНОВНЫХ моделей СТрОСНИЧ — механический контакт между зернами, позволившая расчетным пу:ем определить все основные показатели, характеризующие строение круга.

2. Разработан элемент модели агрегата связки, состоящий из четырёх частичек, вписанных в сферу. Установлена математическая зависимость для определения необходимого количества связки в рецеше ири получении круюв заданной характерисжки.

3. Создан высокопористый круг шестой структуры с введением в него выгорающих и невыгорающих наполнителей по основным параметрам строения незначительно отличающийся от круга десятой структуры, с механической прочностью его в 1,5 раза выше, имеющий на 20% большее число контактов зерен друг с другом.

4. Введение выгорающих и абразивных наполнителей позволяет увеличить в два раза количеово пор и коэффициента стружкоразмещения, при этом физико-механические показатели новых кругов на 20 % выше серийных.

5. Экспериментально показано, что снижение сил резания Р^ на 20...50 %, Р_ на 18...45 % при шлифовании высокопористыми кругами и в 1,5...2,5 раза при шлифовании кругами с чередующимися участками, по сравнению с серийными.

6. Шероховатость поверхности при шлифовании вьтсокопо-ристыми кругами на 1...2 разряда меньше, чем у серийных и на 1...4 разряда меньше чем у прерывистых. Шероховатость поверхности при шлифовании кругами с чередующимися участками на одном уровне с серийными и на 1...2 разряда меньше, чем у прерывистых, величина напряжений II рода меньше в 1,5 раза.

Шлифованная поверхность сталей имеет в 1,4 раза большую микро!вердость и переходит в исходную струк!уру на меньшей I лчбине в 1,5...2 рай.

Сп.юпжянис лмсгоптяпии опубликпяяно в гпрлутших ря-6(11 их:

1 Дуличенко И.В., Пушкарсв О. И. Микродуговое оксидирование - перспективный метод упрочнения поверхностей трения тсIалей машин из алюминиевых сплавов / В Межвуз. сб. науч тр.

Волжский, 1996. - С 207.

2. Дуличенко И В., Пушкарев О.И., Крюков С.А. Нанесение кепамических мокры иш оксида алюминия микродуювым оксидированием ч Тезисы локл 11 Межвуз. науч.-практич. конфер. сту-т~н!оь и молоды\ \ченыч г. Волжского. Волжский, 1997. — С. 127

128

1 Ду-тиченко И В . Пушкарев О. И Современные методы повышения износостойкости деталей прессформ при прессовании абразивного инструмента / В сб докл. V Межвуз. науч.-практ. конфер молодых ученых и студентов. В .4 ч. Волжскии, 25 - 27 мая. 1999 - Волгоград, 2000. 4 3. С. 1 Р - 114.

4 Ьагайсков Ю.С.. Савченко С.Г., Дуличенко И.В. Особенности и эффективности послойною формования абразивных инструментов на керамической связке / В сб. тр. Междунар. науч,-1с\н конфер. '<Шлифабразив 2000»: Процессы абразивной обра бо1кн аоразивные инструменты и материалы. - Волжский, 2000. -с 35 - 37.

5 Харченко И В . Дуличенко И.В Методика оценки прочности зерен сыпучих материалов / В сб. тр. Междунар. науч.-техн. конфер «Шпифабрашв - 2001» - Волгоград, Волжский, 2001 -С 121 - 124.

6. Дуличенко И.В.. Шумячер В.М. Исследование техноло-1ИЧНОСП1 процессов смешивания, при изготовлении высокопорис-гого абразивною инструмента / В сб. ф. Междунар. науч.-техн. конфер. «Шлифабразив- 2003». - Волгоград, Волжский, 2003. - С. 55 --59

7. Дуличенко И.В., Шумячер В.М. О методике исследования однородности смеси при создании высокопористого абразивного инструмента / В сб. трудов Междунар. науч.-техн. конфер. «Шли-фабразив-2003». - Волгоград, Волжский, 2003. - С. 59 - 60.

8. Пат. 2215643 Российская Федерация, МПК7 B24D3/18. Абоазивный инструмент / Шумячер В.М. Назаренко В.А. Крюков С.А., Дуличенко И.В.

9. Пат. 2262434 Российская Федерация, МПК7 B24D3/14. Масса для изготовления абразивного инструмента /' Шумячер В.М., Славин A.B., Дуличенко И.В., Крюков С.А

10 Заявка 2005 126370/02 (029605) Российская Федерация МПК7 B24D3/28. Per. 22 августа 2005 г. Способ изготовления абразивного инструмента / Шумячер В.М., Славин A.B., Дуличенко И.В., Крюков С.А.

ilsET

P" б 3 5 О

ДУЛИЧЕНКО ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧ

> ПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ ВЫСОКОПОРИСТЫМ АЬРА ШВНЫМ ИНСТРУМЕНТОМ

Автореферат

Подписано к печати 15.03.06 Формат 60x84/16. B\viaia Union Prints Гарнитура Times New Roman. Печать трафаретная' Vc.i исч J 0,93 . Уч-изд л. 1,0. Тираж 120 экз.

Волжский ННСНПЛ1 строиiельсiва и 1ехнологий

(филиал)

Во:м 01 pa.u'Koi о госу тарственного архитектурно-строительного университета

404111. г Волжский Волгоградской области, пр. Ленина, 72

Введение. Цель и задачи работы.

1. Аналитический обзор.

1.1 .Конструкция, структура и строение абразивного инструмента.

1.2. Технологические принципы повышения качества абразивного инструмента.

1.3. Области применения и основные принципы создания высокопористого инструмента.

2. Повышение эффективности процесса шлифования на основе теоретического моделирования абразивного инструмента.

2.1. Моделирование технологической системы шлифования.

2.2. Моделирование абразивного инструмента.

2.3. Технологические пути повышения качества абразивного инструмента.

2.4. Выводы.

3. Режущая способность, износостойкость, проблема автоколебаний ® абразивного инструмента и степень их влияния на качественные пока

1+ затели процесса шлифования.

3.1. Исследование режущей способности абразивного инструмента.

3.2. Эффективность шлифования в зависимости от состояния рабочей поверхности абразивного инструмента.

3.3. Исследование износа абразивного инструмента при шлифовании.

Ф 3.4. Исследование проблемы автоколебаний при шлифовании.

3.5. Выходные показатели технологической системы шлифования в зависимости от влияния технологических характеристик абразивного инструмента.

3.6. Выводы.

4. Динамика процесса шлифования с определением технико-экономических показателей.

4.1. Исследование сил резания, мощности и температуры шлифования.

4.2. Качественные показатели поверхностного слоя.

4.3. Определение технико-экономических показателей технологической системы шлифования.

4.4. Выводы.

5. Практическая реализация работы.

Одним из основных показателей эффективности любого производства является качество выпускаемой продукции. Современный уровень технического прогресса задает все более жесткие требования к этому показателю.

В технологии машиностроения качество выпускаемой продукции предопределяется эффективностью обработки поверхностей деталей на завершающем этапе цикла производства. Чаще других завершает этот этап абразивная обработка (шлифование), поскольку в настоящее время именно шлифование является основным наиболее экономичным и точным способом получения поверхности детали с заданными характеристиками. Наряду с обеспечением высокой точности обработки при шлифовании появляются прижо-ги, трещины и вредные растягивающие напряжения. Поэтому повышение эффективности абразивной обработки, а, в конечном итоге, качества выпускаемой продукции, является в настоящее время актуальной научной проблемой, имеющей важное прикладное значение.

Проблема улучшения качества в основном решается выбором оптимального режима шлифования, СОЖ и характеристики абразивного инструмента. Характеристика абразивного инструмента во многом определяется его строением, которое, в свою очередь, является определяющим параметром получения высокой производительности и улучшения качества поверхностного слоя.

Процесс шлифования сопровождается значительными удельными нагрузками на единичные зерна. Количество съема металла в единицу времени во многом зависит от эффективности выведения стружки из зоны шлифования. Чистота рабочей поверхности абразивного инструмента оказывает существенное влияние на снижение температуры в зоне его контакта с обрабатываемым материалом, что способствует улучшению качества поверхностного слоя детали. Большое преимущество в решении данного вопроса дает использование высокопористого абразивного инструмента, обеспечивающего хорошее стружкоразмещение в порах с последующим их вымыванием СОЖ.

Высокопористый абразивный инструмент успешно зарекомендовал себя во многих металлообрабатывающих отраслях промышленности. Однако при создании высокопористого инструмента за счет достижения преимуществ в одних показателях зачастую возникают недостатки в других. Так, например, повышение пористости неизбежно влечет снижение прочности и т. д. Поэтому одним из важнейших резервов обеспечения стабильного качества при шлифовании и высокой производительности является разработка технологических принципов создания инструмента специализированного строения и конструкции оптимизированного для того или иного процесса шлифования с учетом всех характерных для этого процесса факторов (факторы, определяющие совокупность строения абразивного инструмента, факторы влияющие на подбор режимов шлифования, неуправляемые факторы и т.д.).

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Целью работы является повышение эффективности абразивной обработки за счет применения высокопористого инструмента с регламентируемыми характеристиками на базе решения следующих задач:

- всесторонне исследовать и дать количественное описание влияния размеров пор, характера распределения порообразователя на физико-механические свойства шлифовального круга;

- разработать технологические принципы изготовления высокопористого абразивного инструмента на основе описания его структуры и строения с целью повышения производительности обработки и качества поверхностного слоя;

- на основе полученной информации разработать технологические процессы производства высокопористых шлифовальных кругов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Создана геометрическая модель шлифовального круга, имеющая общий признак для всех основных моделей строения - механический контакт между зернами.

2. Создана геометрическая модель бездефектного круга, позволившая расчетным путем определить все основные показатели, характеризующие строение круга.

3. Разработан элемент модели агрегата связки, состоящий из четырёх частичек, вписанных в шар.

4. Установлена математическая зависимость для определения необходимого количества связки в рецепте при получении кругов заданной характеристики.

5. Получен высокопористый круг шестой структуры с введением в него выгорающих и абразивных наполнителей по основным параметрам строения незначительно отличающийся от круга десятой структуры, так в части количества зерен на 1мм (до 6' %), коэффициента стружкоразмещения (до 7 %) и количеству пор, по размеру соответствующих бездефектным (до 8 %).

Механическая прочность его в 1,5 раза выше, как имеющего на 20 % большее число контактов зерен друг с другом.

6. Введение выгорающих и абразивных наполнителей позволило увеличить в два раза количество пор и число значений коэффициента стружкоразмещения по размеру, соответствующих бездефектным. Размер поры для модели круга из 24А25, шестой структуры равен 266 мкм.

7. Физико-механические показатели новых кругов на 20 % выше серийных.

8. Установлена математическая зависимость изменения температуры при шлифовании новыми кругами с различным строением участков, их протяженностью и количеством, позволившая оптимизировать конструкцию круга и показавшая, что наибольшее снижение температуры (до 45 %) обеспечивается кругом с двенадцатью участками протяженностью / = 33 мм и. высокопористым (до 30 %), в сравнении с серийным.

9. С помощью корреляционного анализа технологической системы установлены зависимости, показывающие, что лучшими по всему комплексу показателей являются высокопористые круги с 12 парами участков, 6/13 структур, твердостью СМ 1 /М1.

10. Установлено, что силы резания, мощность и температура при шлифовании кругами различного строения и конструкции с увеличением режимов качественно изменяются одинаково, а именно растут: а) соответствующие силы резания Ру на 20.50 %, Р2 на 18.45 % при шлифовании высокопористыми кругами и в 1,5.2,5 раза при шлифовании кругами с чередующимися участками меньше по сравнению с серийными; б) мощность резания при шлифовании высокопористыми кругами на 20.25 %, а при шлифовании кругами с чередующимися участками на 35.50 % меньше по сравнению с серийными. в) температура при шлифовании новыми кругами в 1,5. 1,8 раза меньше по сравнению с серийными, причем расхождение расчетных и экспериментальных данных составляет не более 10 %.

11. Установлено, что шероховатость поверхности при увеличении режимов шлифования имеет тенденцию к увеличению: а) шероховатость поверхности при шлифовании высокопористыми кругами на 1.2 разряда (по ряду Ra в 1,25 раза) меньше, чем у серийных и на 1 .4 разряда (по ряду Ra в 1,4 раза) меньше чем у прерывистых; б) шероховатость поверхности при шлифовании кругами с чередующимися участками на одном уровне с серийными и на 1. .2 разряда (по ряду Ra в 1,25 раза) меньше, чем у прерывистых.

12. Установлено, что новые круги при шлифовании оказывают наименьшее воздействие на шлифуемую поверхность, характеризуются меньшей величиной изменений напряжений II рода, меньшим высвобождением углерода из решетки: а) величина напряжений II рода меньше в 1,5 раза при t = 10 мкм и процесс шлифования сопровождается меньшим отпуском мартенсита, чем при шлифовании серийными кругами; б) шлифованная поверхность имеет в 1,4 раза большую микротвердость и переходит в исходную структуру на меньшей глубине в 1,5.2 раза, а твердость HRC поверхности на 2.5 единиц выше, по сравнению с серийными.

13. Установлена зависимость, определяющая технико-экономические показатели технологической системы (себестоимость обработки) при шлифовании различными кругами.

1. Качество поверхности деталей машин: Вып. 5. М.: изд-во АН СССР, 1961.-С. 79.

2. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования. М.: Машиностроение, 1975. - 116 с.

3. Лурье Г.Б. Прогрессивная технология шлифования. М.: Тредре-зервиздат, 1957.

4. Костецкий В.И. Шлифование закаленной стали. Киев: Гостехиз-дат, 1947.

5. Маталин А.А. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин. М. - Л.: Машгиз, 1956. - 252 с.

6. Бокучава Г.В. Шлифование металлов с подачей охлаждающей жидкости сквозь шлифовальный круг. — М.: Машгиз, 1959.

7. Ивашинников В.Т. Выбор характеристики шлифкругов для различных операций шлифования Челябинск: Южно-Урал. кн. изд-во, 1966. - 96с.

8. Карпов Д.В. Шлифовальные круги с нормированной структурой // Станки и инструмент. 1941. № 7/8.

9. Королев А.В. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке. Саратов: - изд-во Саратов. Ун-та, 1975.- 153 с.

10. Кулаков Ю.М., Хрульков В.А., Дружин-Барковский И.В. Предотвращение дефектов при шлифовании. -М.: Машиностроение, 1975, 117с.

11. Маслов Е.Н. Основы теории шлифования металлов. М.: Машгиз, 1951.- 179 с.

12. Новоселов Ю.К. Динамика формообразования поверхностей при абразивной обработке. Саратов: Изд-во Саратов, ун-та, 1979. - С. 15-30.

13. Редько С.Г., Королев А.В. Расположение абразивных зёрен на рабочей поверхности шлифовального круга // Станки и инструмент. 1970. №5. -С. 40 — 41.

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

15. Seiki Metsui, Katsuo Syoji. Statistic a Lapp roach to grinding mechanism an a fem experiments. Tecknol. Repts. Tokoku univ., 1975, 40, №2, p.353-369.

16. Синайлов В.А. Тепловые процессы при шлифовании и управление качеством поверхности. М.: Машиностроение, 1978. - 167с.

17. Островский В.И. О некоторых путях повышения режущих свойств абразивного инструмента // Абразивы и алмазы: Научн.-техн. реф. сб. / НИИМаш, 1967, вып. 6. С. 49 - 54.

18. Современные методы обеспечения высоких классов точности и чистоты поверхности при обработке абразивным и алмазным инструментом. -М.: НИИМаш, 1969. С. 52 - 63.

19. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение, 1974.-320 с.

20. Ваксер Д.Б. Пути повышения производительности абразивного инструмента при шлифовании. М. - JL: Машиностроение, 1964. - 118 с.

21. Саютин Г.И. Выбор шлифовальных кругов. М.: Машиностроение, 1978-45с.

22. Ящерицин П.И., Караим И.П., Шлифование с подачей СОЖ через поры круга. Минск: Наука и техника, 1974, - 28 с.

23. Филлимонов JI.H. Стойкость шлифовальных кругов. JL: Машиностроение, 1973. - 134 с.

24. Кулаков Ю.М., Хрульков В.А.,Фролов Г.И. Выбор абразивного инструмента для прецизионного шлифования. РТИ 1099. - М.:НИАТ, 1964.

25. Шальнов В.А. Шлифование и полирование высокопористых материалов. -М.: Машиностроение, 1972, Юс.

26. Кудасов Г.Ф., Карташев A.M. Современные требования к качеству абразивного инструмента // Труды ВНИИАШ/ВНИИ абразивов и шлифования. 1967. № 4. . с. 5 14.

27. Богомолов Н.И., Саютин Г.И. Динамика процесса шлифования жаропрочных сплавов в связи с "затуплением" шлифовальных кругов // Абразивы и алмазы: Научн.-техн. реф. сб./ НИИМаш, 1967, вып. 1. С. 29 - 33.

28. Филлимонов JI.H. Стойкость круга как критерий обрабатываемости металлов шлифованием // Труды ВНИИАШ/ВНИИ абразивов и шлифования. №8. 1968.-С. 75.

29. Филлимонов JI.H., Комаров М.И. Шлифование незакаленной стали высокопористыми кругами // Абразивы и алмазы: Научн.-техн. реф. сб./НИИМаш, 1967, вып. 6. С. 43.

30. Маслов Е.Н., Меламед В.И., Курносов А.Д. Ускорение испытания шлифовальных кругов // Машиностроитель. 1972. № 1. С. 28 - 30.

31. Игнатов С.Н. Исследование и разработка методов и средств повы-. шения качества и производительности при шлифовании прерывистыми кругами. Караганда: Карагандин. политехи, ин-т, 1974. - 68 с.

32. Исследование износа абразивных зерен при шлифовании: Пер. с яп. Кикай-НО КЭНКЮ; 1966. Т. 18. № 4. с. 486 - 492.

33. Качество поверхности деталей-машин: Вып. 5. М.: изд-во АН СССР, 1961.-С. 79.

34. Konig W., Lortz W. Properties of cutting CJRP, 1975, 24, №1, p. 231235.

35. Konig W., Lortz W. Einflub des Abricht werkzeuges und der Abricht bedingungen die Schleitscheiben topographie und das Arbeitsergelnis. Jnd. Anz.; 1976,98, №14, s. 233-235.

36. Konig W., Lortz W. Three dimensional measurement of the grinding wheel surface-evaluation and effect of cutting behave our. CJRP Ann., 1976, 25, №1, p. 197-202.

37. Корчак С.Н. Прогрессивная технология и автоматизация круглого шлифования. -М.: Машиностроение, 1968. 108 с.

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

39. Байкалов А.К. Введение в теорию шлифования материалов. Киев: Наукова думка, 1978. - С. 5 - 59.

40. Бакуль В.Н. Определение числа частиц в одном карате алмазного порошка. Киев: Институт сверхтвердых материалов, 1966.

41. Богомолов Н.И. О работе трения в абразивных процессах // Труды ВНИИАШ. (ВНИИ абразивов и шлифования). 1965. № 1. С. 72 - 78.

42. Богомолов Н.И. Исследование деформации металла при абразивных процессах под действием единичного зерна // Труды ВНИИАШ/ВНИИ абразивов и шлифования. 1974. № 7. С. 74 - 88.

43. Богомолов Н.И. Испытания прочности абразивных зерен в процессе микрорезания // Заводская лаборатория. 1966. № 3. С. 352 - 354.

44. Болыиев Л.Н., Смирнов Н.В. Таблицы математической статистики. -М.: Наука, 1965.-474 с.

45. Бокучава Г.В. Шлифование металлов с подачей охлаждающей жидкости сквозь шлифовальный круг. М.: Машгиз, 1959.

46. Меламед В.И., Ивашинников В.Т. Функция режущей способности шлифовального круга // Труды ВНИИАШ/ВНИИ абразивов и шлифования. 1970. № 11.-С. 67-68.

47. Вульф A.M., Мурдасов А.В. Особенности работы шлифовальных кругов из абразивного зерна различной формы // Научн.-техн. реферат сб. /НИИМаш: Абразивы и алмазы. 1967, вып. 4. С. 38.48. Пат. 151837 (Англия).

48. Филлимонов Л.Н., Степаненко В.Г., Приймак Ю.Л. Статистический анализ распределения режущих кромок по рабочей поверхности шлифовального круга // Абразивы: Научн.-техн. реф. сб./НИИМаш. 1976. №10 С. 10 -13.

49. Кремень З.И. Выбор оптимальных условий абразивной доводки металлов // Вестник машиностроения. 1969. № 5. С. 48 - 49.

50. Горалин С.С., Расторгуев А.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронографический анализ металлов. -М.: Металлургиздат, 1963. С. 123 -130.

51. Якимов А.В. Оптимизация процесса шлифования. М.: Машиностроение, 1975. - 116 с.

52. Ящерицин П.И. Качество поверхности и точность деталей при обработке абразивными инструментами. Минск: Наука и техника, 1959. - 57 с.

53. Кудасов Г.Ф. Плоское шлифование. JL: Машиностроение, 1967.89 с.

54. Ивашинников В.Т. Режущие свойства шлифовальных кругов с различным содержанием зерна при постоянной твердости // Абразивы и алмазы: Научно-технический реф. сб./НИИМаш. 1967, вып. 2. С. 28 - 31.

55. Baul R.M. Yroham D., Scott W. Characterization of the working surface of abrasive wheels Tribology, 1972. № 4. 169 - 176.

56. Богомолов Н.И. Исследование деформации металла при абразивных процессах под действием единичного зерна // Труды ВНИИАШ/ВНИИ абразивов и шлифования. 1974. № 7. С. 74 - 88.

57. Альтшуллер JI.B., Сперанская О.Н. // Вестник металлопромышленности. 1940. № 1.-С. 10-12.

58. Анельчик Д.Е. Исследование процесса высокоточного шлифования и его влияние на эксплуатационные свойства плунжерных насосов сжиженных газов. Автореф. дис. . канд. техн. наук. Одесса, 1968. 186 с. /Одес. Политехнический институт/.

59. Маталин А.А. Качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей машин. М. - JL: Машгиз, 1956 - 252с.

60. Пористость шлифововальных кругов: Пер. с англ. Vaznitsky J. Industry Diamond Revolving, 1969, 29, №347, p.414-415.

61. Волский Н.И. Обрабатываемость металлов шлифованием. М.: Машгиз, 1950.

62. Воронов С.Г., Евтина А.А. Расчет количества зерен шлифматериала на рабочей поверхности абразивного инструмента // Абразивы: Научн.-техн. реф. сб. /НИИМаш. 1974. № ю.

63. Габданк В.К. Шлифование магнитомягких сплавов высокопористыми кругами // Абразивы: Науч.-техн. реф. сб./НИИМаш, 1970. № 3. С. 36 -37.

64. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1975.-447 с.

65. Филоненко Н.Е., Лавров И.В. Петрография искусственных абразивов М. - Л.: Машгиз, 1958. - 67 с.

66. Лавров И.В., Ермакова Т.Б. Определение числа зерен в единице веса шлифзерна, шлиф- и микропорошков // Абразивы: Научн. техн. реф. сб./НИИМаш, 1969. № 4. С. 11 - 13.

67. Ормонт Б.Ф. Введение в физическую химию и кристаллохимию полупроводников. — М.: Высш. шк., 1968. — 81 с.

68. Ребиндер П.А. Избранные труды: Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия. М.: Наука, 1978. - 368 с.

69. Товбин М.В. Физическая химия. Киев: Вища школа, 1975. - 272 с.78. А.С. 640504 (СССР).79. А.С. 685496 (СССР).80. А.С. 346127 (СССР).81. А.С. 567595 (СССР).

70. Маслов Е.Н., Меламед В.И., Курносов А.Д. О создании единой методики контроля качества абразивных кругов // Машиностроитель. 1970. №11. -С. 23 -24.

71. Ли-Чан-Цзе. Об определении геометрии абразивных зерен // Абразивы: Научн. техн. реф. сб./НИИМаш. 1961, вып. 31. С. 10 — 18.

72. Механизм резания абразивными зёрнами: Пер. с яп./Мацуи-Кикай-НОКЭНКЮ, 1971. 23. №12.-С. 1611-1616.

73. Свирщёв В.И. Исследование геометрических показателей качества процесса плоского прерывистого шлифования с учётом его динамических особенностей. Дис. канд. техн. наук. Пермь, 1977. (Перм. Политехи, ин-т).

74. Колкер Я.Д. Математический анализ точности механической обработки деталей. — Киев: Техника, 1976, с. 133-134.

75. Игуменов Б.И., Чепурная Л.Н. Определение оптимальных режимов обработки для многоинструментальных станков // Технология и организация производства: Научн.-техн. реф. сб./НИИМаш, 1968. №2, 3, 5.

76. Исаев А.И., Симен С.С. Методика расчета температуры при шлифовании // Вестник машиностроения. 1957. №5. С. 54 - 59.

77. Кремнёв Г.П. Исследование методов чистовой отделочной обработки магнитомягких материалов. Дис. . канд. техн. наук. Одесск. политехи, институт, 1972. С. 186 - 187.

78. Карташев А.И. Шероховатость поверхности и методы её измерения. -М.: Машиностроение, 1964.

79. Маталин А.А. Точность механической обработки и проектирование технологических процессов. М. - Д.: Машиностроение, 1970. - 315 с.

80. Маталин А.А. Технология механической обработки. Д.: Машиностроение, 1977. - 480 с.

81. Напарьин Ю.А., Якимов А.В., Ярмонов Н.А., Гунько Н.И. Исследование температурных полей при прерывистом шлифовании / В кн.: Повышение качества, надежности и долговечности деталей машин: Материалы конф. Пермь, 1971.

82. Якимов А.В., Синайлов В.А., Казимирчик Ю.А. Методы градуировки термопар для измерения температуры в зоне шлифования // Заводская лаборатория. 1965. № 7.

83. Карцев П.Г. Статистические методы исследования режущего инструмента. -М.: Машиностроение, 1974. С. 134-231.

84. Коновалов А.Г., Сидоренко В.А. Чистовая и упрочняющая ротационная обработка поверхностей. Минск: Высш. шк., 1968. - 363с.

85. Налимов В.В. Чернова Н.А. Статистические методы планирования экстремальных экспериментов. М.: Наука, 1965. - 340 с.

86. Солонин Н.С. Математическая статистика в технологии машиностроения. -М.: Машиностроение, 1972. 215 с.

87. ЮО.Подзей А.В. Технологические остаточные напряжения. -М.: Машиностроение, 1973.-216 с.

88. Синайлов В.А., Якимов А.В. Прерывистое шлифование эффективный метод повышения качества поверхностного слоя деталей машин и инструментов. - М.: Машиностроение, 1971. - 86 с.

89. Якимов А.В., Смирнов Л.П., Бояршинов Ю.А. и др. Качество изготовления зубчатых колес. М.: Машиностроение, 1979. - С. 122 - 140.

90. Королёв А.В., Новоселов Ю.К. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Ч. I. Состояние рабочей поверхности инструмента. -Изд-во Сарат. Ун-та, 1987. 158 с.

91. Статистическая интерпретация результатов испытаний. Оценка математического ожидания. Доверительный интервал. Международный стандарт. Per. № ИСО 2602 73.

92. Ю5.Шумячер В.М., Назаренко В.А., Крюков С.А., Дуличенко И.В. Абразивный инструмент. Патент на изобретение №2215643 Роспатент отдел № 02. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Р.Ф. 10 ноября 2003 г.

93. Юб.Шумячер В.М. Славин А.В. Дуличенко И.В., Крюков С.А. Масса для изготовления абразивного инструмента. Патент на изобретение №2262434. Зарегистрировано в Государственном реестре изобретений Р.Ф. 20 октября 2005г.

94. Дуличенко И.В., Шумячер В.М. Исследование технологичности процессов смешивания, при изготовлении высокопористого абразивного инструмента // Сб. тр. Междунар. науч.-техн. конфер. «Шлифабразив-2003». — Волгоград, Волжский, 2003. С. 55 - 59.

95. Дуличенко И.В., Шумячер В.М. О методике исследования однородности смеси при создании высокопористого абразивного инструмента // Сб. тр. Междунар. науч.-техн. конфер. «Шлифабразив-2003». Волгоград, Волжский, 2003.-С. 59-60.

96. Ю9.Харченко И.В., Дуличенко И.В. Методика оценки прочности зерен сыпучих материалов // Сб. тр. Междунар. науч.-техн. конфер. «Шлифабра-зив-2001». Волгоград, Волжский 2001. - С. 121 - 124.

97. Багайсков Ю.С., Дуличенко И.В., Савченко Е.Г. Особенности и эффективности послойного формования абразивных инструментов на керамической связке Сб. тр. Междунар. науч.-техн. конфер. «Шлифабразив-2000». -Волжский, 2000. С. 35 - 37.

98. Лавров И.В. Шлифовальное зерно (технические характеристики, рекомендации по использованию). Л: труды ВНИИАШ, 1975. - 229 с.

99. Шумячер В.М. Славин А.В. Дуличенко И.В., Крюков С.А. Способ изготовления абразивного инструмента. Уведомление о положительном результате формальной экспертизы, заявка №2005126370/02(029605) РОСПАТЕНТ отдел №20 13 октября 2005г.

100. ПЗ.Муцянко В.И., Никулин Б.И., Шистаковский Д.Ф. Ускоренные эксплуатационные испытания шлифовальных кругов // Абразивы: Научн.-техн. реф. сб./НИИМаш, 1976, вып. 4. С. 4-7.

101. А.С. СССР №1526968кл. В24ДЗ/14, 1989 г.

102. А.С. СССР № 566724, кл. В 24 Д 3/34, 1977 г.

103. А.С. СССР №933428, кл. В 24 Д 3/34, 1982 г.

104. А.С. СССР № 1631870, кл. В 24 Д 3/34,1988 г.

105. А.С. СССР № 107082, кл. в 24 д 3/14, 1984 г.

106. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента М.: Металлургия, 1969. - 155 с.