автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Вероятностно-статистическая система геометрических параметров гранул абразивного наполнителя как научная основа управления показателями вибрационной обработки

Г Б ОД

На правах рукописи УДК 621.3.048.6

ЛИТОВКА Геннадий Васильевич

ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ГРАНУЛ АБРАЗИВНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ КАК НАУЧНАЯ ОСНОВА УПРАВЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯМИ ВИБРАЭДОННОЙ ОБРАБОТКИ

05.02.08 - Технология машиностроения; 05.03.01 - Процессы механической и

7 физико-технической обработки, станки и инструмент

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ростов-на-Дону, 1996

Работа выполнена в рурском государственном университете-

.Научный консультант: чл.-кор. РИА, доктор технических

наук, профессор В*шоградов Б.А.

Официальные оппоненты: засл. деятель науки и техники РФ,

чл.-кор. РАТН, доктор технических наук, профессор Бабичев А.П.;

засл. деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Мартынов А.Н.;

доктор технических наук, профессор Королев A.B.

Ведущее предприятие: Институт материаловедения ДВО РАН, г. Хабаровск

оо

Защита состоится 27 февраля 1996г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д.063.27.03 при Донском государственном техническом университете (ДГТУ) по адресу:344С08, г.Ростов-на-Дону,' ГСП-8, пл. Ю.АГагарина I, ауд. 252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГТУ

Автореферат разостлан " 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

В.С.Дмитриев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность гтроолеми. Одним из методов, широко применяемым на отделочно-зачистных операциях и округлении острых кромок, где доля ручного труда значительна, является вибрационная обработка.

Высокие показатели по универсальности, производительности, качеству получаемой поверхности прочно закрепили за ней место среда перспективных способов оораоотки деталей машин.

Однако, несмотря на широкую признательность технологических служб" ряда предприятий авиационной, приборостроительной, радиопромышленности и др. острота проблемы системного подхода в управлении эффективностью процессом вибрационной обработки не ослабла. Исследование этой проблемы является актуальной темой теории и практики процесса еще и потому, что уже внедренные в производство результаты исследований зачастую не дают желаемых результатов. Основная сложность при решении этой проблемы обусловлена малоизученностью абразивного наполнителя, хотя его влияние на производительность и качество поверхности, как следует из опыта отечественных и зарубежных исследований, оказывает решающую роль. По всей видимости такое положение сложилось в связи с низкой стоимостью наиболее распространенных его разновидностей (сепарированные в размер гранулы отходов абразивного производства, дробленые частицы горных пород и др.) и сложности его модельного представления в виде рекущего инструмента, имеющего стохастическую природу геометрии. Это положение легло в основу предстоящих исследований, ключевой идеей которых было рассмотрение абразивного наполнителя как режущего инструмента при вибрационное обработке о присущими ему геометрическими параметрами, объективно оценивающими, с одной стороны, геометрию совокупного'мнокестзь аоразнвных гранул, а с другой, - отвечали бы критериями косвенной оценки режущей способности, износостойкости и качества поверхности обработанных деталей.

Исследование такого подхода дает . возможность разработать систему геометрических параметров,-установить их совметное с р<?-кимом обработки влияние на съем металла, интенсивность износа абразивных гранул и формирование шероховатости поверхности изделий, обоснованно оптимизировать выбор абразивного наполнителя по ■

значениям геометрических параметров в соответствии с рекимом вибрационной обработки. Таким образом, "геометрический фактор" абразивного наполнителя позволяет расширить технологические возможности вибрационной обработки, что имеет важное значение как 1 точки зрения теории процесса, тэк и- практического приложения т.е. нового направления в технологических решениях отделочно-за-чистшх операций.

Ряд основных разделов диссертации был выполнен по програм ме ГНТП "Наукоемкие технологии" (головной совет - Самарски государственный Аэрокосмический университет), по координационни планам программы "Дальний Восток России" (позиция * 2.24. "Авто матизация зачистных операций и контроля геометрических параметро: абразива и обработанных поверхностей в условиях ДВ региона") государственному плану НИР в рамках проблемы "Наукоемкие техноло гий" (гос. регистрационный № 01.91.2007485). Цель работы. Разработка системы геометрических, параметров гранул абразивного наполнителя как научной основы управления показателями вибрационной обработки.

Общая методик исследований. Методика исследований базируется н основных положениях технологии машиностроения и теории обраоотк материалов резанием. Теоретический анализ работы проведен на ос нове современных методов решения с применением теории вероятное ти и математической статистики, теории случайных функций, выбро сов случайных процессов, теории систем автоматического регулиро вания. Для установления адекватности реальному процессу были раз работаны требования метрологического обеспечения проводимым раоо там и созданы экспериментальные стенды, позволившие провести ря целенаправленных исследований, подтверждающих правомочность тео ретических разработок, внести новые идеи в конструкции вибрациов ных станков (а.с. » 143023 (СССР)) и реализовать ноше технолс гические процессы (патент'России * 2038940). Необходимые расче ты, статистический и магматический анализы проводились на ЭВМ. Научная новизна работы заключается:

- в разработке комплекса математических моделей (стохастическс модели абразивных гранул, модели геометрии контактного участка его износа), с помощью ко'торых выявлена система геометрически

параметров гранул аоразивного наполнителя и предложены формулы для расчета;

- в представлении формирования шероховатости поверхности при вибрационной обработке в вше математической модели линейного стационарного преобразования геометрии гранул аоразивного наполнителя в геометрию микрорельефа поверхности оораоотанных деталей;

о-в обобщении концепции влияния геометрического фактора гранул аоразивного наполнителя и лезвийного инструмента на высоту остаточного следа микронеровностей поверхности деталей при оораоотке, соответственно, на вибрационном и станочном оборудованиях;

- в теоретическом ооос-новании возможности повышения эффективности основных показателей процесса (производительности, интенсивности износа гранул аоразивного наполнителя и качества поверхности оораоотанных деталей) в комплексе, т.е. при достижении требуемого качества поверхности оораоотанных. деталей возможен эффект одновременного повышения производительности и снижения интенсивности.износа аоразивных гранул;

- в нахождении системной связи геометрических параметров гранул аоразивного наполнителя, режима и показателей процесса, открывающей принципиально новое направление в технологических решениях (патент России А 2038940 "Способ виороаоразивной обработки");

- Б научных результатах, полученных экспериментальным путем по металлосъему, интенсивности износа аоразивных гранул и шерохорэ-ватости поверхности изделия от геометрических, параметров грану. аоразивного наполнителя; в количественной оценке явления "самозатачивания" режущего рельефа аоразивных гранул в зависимости от времени и режима вибрационной оораоотки;

- в установлении критериев, прогнозирующих режущую способность и работоспособность гранул абразивного наполнителя;

- в разработке экспресс-метода определения геометрических, параметров гранул аоразивного наполнителя.

Практическая ценность. Прикладное значение работы нашло отражение в реализации научных результатов в новых технологических режс-;гл.-:х [патент России № 2038940). Б разработке комплекса экспериментальных устройств,-одно из которых ("Устройство для виорационной обработки") защищено авторским свидетельством СССР Л 1430239. Б мо-

тодологии аттестации геометрии аоразивного наполнителя как резад щего инструмента при виорационной оораоотке и прогнозировании ре жущих свойств аоразивных гранул и их раоотоспосооности. В разрг оотке рекомендаций по выоору аоразивного наполнителя на стада, приемки и в ходе технологического процесса виорационной оордоот* и применения экспресс-метода определения -значений геометрически параметров гранул аоразивного наполнителя в условиях заводскс практики. Кроме того, результаты экспериментальных исследования направленные на повышение эффективности процесса виорациоинс оораоотки, в целом, охватывают условия оораоотки деталей аоразив ним инструментом оез жесткой кинематической связи. Поэтому пред лоаенная система геометрических параметров гранул аоразивного на полните ля, отвечающих его служеоным свойствам, может оыть исполъ зована и для других видов ое-зразмерной оораоотки деталей, где ре жущим инструментом являются аоразивные' гранулы. Научные резуль тэты и вывода нашли свое отражение и в учеоном процессе при изу ченш курсов "Технология машиностроения" и "Технология конструк ционных Материалов" в Амурском государственном университете. Реализация в промышленности. Результаты исследования внедрены н двух машиностроительных заводах в Г.Г.Иркутске и Улан-Удэ с оощи годовым экономическим эффектом в 65900 руо. (1978 г.) и на пред приятиях г. Благовещенска Амурской области с годовыми экономичес кими эффектами в 100000руб. (1991 г.) и в 7000000 руО. (.1995 Г.) Алрооация раооты. Материалы диссертационной раооты оосувдались в Всесоюзных научно-технических конференциях (г. г. Киев, 1980 г. Иркутск, 1983 г.; Ленинград, 1984 г.), на Российской научно-тех нической конференции "Наукоемкие технологии в машиностроении приооростроении" (Рыоинск, май 1994 г.); на Международном научно совещании по лазерной оораоотке поверхности "Амур - 94" (Благе вещенск, июнь 1994 г.); на Международном научно-техническом еда позиуме "Наукоемкие технологии и проолемы их внедрения на машине строительных и металлургических предприятиях Дальнего Востоке (Комсомольск-на-Амуре, сентябрь 1994 г.); на Международной не учно-технической конференции "Надежность мадцш и технологически, ооорудования" (Ростов-на-Дону, нояорь 1994 год); на реЛналызк. научно-технических конференциях (Иркутск, 1979 г., 1982 г., Кеме

ГЧ *

зово, 1992 г., Улан-Удэ, 1980 г., 1981 г.); на Республиканской ¿аучно-технинической конференции (Благовещенск, апрель 1995 г.); за региональном постоянно действующем семинаре "Применение низко-гзстотных колебаний в технологических целях" (Ростов-на-Дону, 1976 г., 1980 г., Иркутск, 1984 г.;; на региональной научно-тех-зической конференции (Благовещенск, 1990 г.), на ежегодных науч-яо-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Иркутского государственного технического и Амурского государственного университетов.

В полном объеме работа оыла доложена на региональном семинаре "Применение низкочастотных колебаний в технологических це-•лйхг (Ростов-на-Дону, 1995 г.), на научном семинаре кафедр физики и технологии конструкционных материалов (Благовещенск, 1994 г.), на объединенном заседании кафедр металлорежущих станков и инструментов, технологии машиностроения и автоматизации производственных процессов (Ростов-на-Дону, 1995 г.) и на ученом совете им дво РАН (Хабаровск. 1995 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 32 печатных раооты,

получены одно авторское свидетельство СССР и один патент России. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из вве-декия, 7-и глав, зазслючеяия и общих выводов, списка литературы из 208-и наименований и 8-и прилояданий. Она содержит 270 страниц машинописного текста, 77 рисунков, 14 таблиц, ооший объем диссертации с приложениями составляет 364 страшяш.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновна актуальность решаемой проблемы. I виде аннотации проведен краткий анализ вопросов (рис. I), решэн-ных в диссертации и составляющих научную новизну и практическую значимость. определены основные полоненпя. которые выносятся нз защиту.

I. ОБЗОР И АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ АБРАЗИВНЫМ НАПОЛНИТЕЛЕМ Б первой главе дан анализ существующих решений, стрззсэьхшх влияние абразивных гранул на основные показатели процесса вибрационной обработки. Нз основе работ А.П.Бабичева, ю.Б.Димова. Ю.М.Кулакова и В.А.Хрулькова, И.Б.Политова и Н.А.Кузнецова, И.Н.

СТРУКТУРНО-ЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛИ

I

Стохастическая модель!

I

абразивных гранул .!

¡Математическая модель ¡контактного соприкаса-¡ния абразивных гранул

Номинальный радиус кривизны аора-зивных гранул

Острота рельефа абразивных гранул •

X

Критический радиус абразивных гранул

—Г

газ

Математическая модель износа гранул

Геометрические параметры как критерии режущей способности и интенсивности износа аора-зивных гранул

I

кая модель формирования микрогеометрии поверхности деталей при вибрационной обработке

Зпюоа вероятного контакта гранул с контртелом "

Геометрические параметры абразивных гранул как аргументы служебных свойств при вибрационной обработке

1----' Г

Функциональная зависи -мость математического огодания параметра Да от геометрических параметров абразивных гранул

Целевая функция управления показателями процесса вибрационной обработки

Метрологическое обеспечение определения геометрических параметров абразивных гранул

Экспериментальное исследование допущений, принятых при разработке математических моделей

Исследование геометрических параметров в технологическом процессе вибрационной обработки деталей

Разработка автоматизированных измерительно-зы-числительных* комплексов для контроля геометрических параметров гранул абразивного наполнителя

Методика инженерных расчетов геометрических параметров абра- . зивных гранул

Г

Методика выбора абразивного наполнителя по геометрическим параметрам в инженерной практике

Лабораторно-практический комплекс занятий в учебном _процессе_.

Способы и устройства виброаора-зивной обработки (патенты России)!

Рис. I.

У

Карташова и др., Ю.М.Самодумского, М.А.Тамаркина, М.Е.Шаинского, Ф.С.Юнусова и других исследователей рассмотрено воздействие формы, размера гранул (грануляции), материала аоразивного зерна, зернистости, материала связки и твердости на производительность процесса, оцениваемую металлосъемом, износ аоразивных гранул и шероховатость поверхности обработанных деталей. В результате выявлено, что в настоящее время нет единого мнения о влиянии зернистости абразивных гранул на производительность процесса и износ гранул абразивного наполнителя, отсутствуют сведения о количественной связи между "степенью оокатанности" аоразивных гранул с одной стороны и съемом металла, шероховатостью поверхности - с другой. Нет количественной оценки процесса самозатачивания рельефа абразивных гранул при вибрационной обработке и информации о геометрических параметрах, коррелирующих с производительностью процесса, износостойкостью аоразивных гранул и шероховатостью „поверхности обработанных деталей. Нет информации о влиянии режима и времени вибрационной обработки на изменение геометрии гранул аоразивного наполнителя.

Из анализа теоретических разработок, посвященных формированию шероховатости поверхности обработанных деталей, выявлено, что геометрическому фактору абразивного наполнителя при вибрационной обработке уделялось слабое внимание. Отсюда, расчетные Формулы высоты микронеровностеи достижимой шероховатости, предложенные А.П.Бабичевым, Ю.В.Димовым, М.А.Тамаркиным и другими исследователями, хотя и дают руководящий материал к проектированию технологических процессов, однако не в достаточной мере отражают реальный процесс. Предложенные формулы не дают той аналогии процесса формирования высоты остаточного следа микронеровностей от геометрии инструмента, который наблюдается при лезвийных видах обработки (формулы В.ЛЛебышева, Х.Бауэра, А.11.Исаева). В этой связи при разработке системы геометрических параметров гранул аоразивного наполнителя, которые оказывают существенное влияние на повышение эффективности процесса вибрационной обработки, были учтены известные работы по теоретическому и экспериментальному нсследово--них» обработки деталей свободным абразивом В.Н.Кащеева, А.В.Королева, И.В. Лаврова и других авторов; по обработке абразивны.«

инструментом (шлифование, доводка, притирка и др.) А.К.Байкалова, Д.Б.Ваксера, Ю.Р.Витеноерга, А.В.Королева, С.Н.Корчака, Е.Н.Мас-лова, В.И.Островского, С.А.Попова, А.Н.Резникова, В.А.Сипайлова, Л.Н.Филимонова, А.Н.Филина, В.А.Шальнова, П.И.Яшерншша; по математическому моделированию аоразивного инструмента - Р.М.Бауля и Д.Грэхэма, С.Ж.Дейча, Б.Б.Кенига и Лортца, А.В.Королева, Г. Мака-дамса, р.нассирпура, Т.Пандита и других авторов; по математическому моделированию процесса абразивной обработки (шлифование, доводка, притирка и др.) - В.П.Некрасова, Ж.Декленика, Л.Н.Филимонова, Л.С.Цеснека и других, авторов.

На основании изложенного и результатов предварительно провэ-деншх опытов была сформулирована цель работы, достижение которой потребовало решение следующих задач:

1. Разработать комплекс математических моделей (стохастическую модель абразивных гранул, модель геометрии контактного участка гранул и его износа, модель формирования шероховатости поверхности обработанных деталей), на основе которых выявить систему геометрических параметров гранул аоразивного наполнителя, имеющих тесную связь с производительностью процесса, интенсивностью износа абразивных гранул и шероховатостью поверхности получаемых деталей, и установить расчетные формулы.

2. Найти целевую функцию управления процессом вибрационной обработки, позволяющую при достижении требуемых параметров шероховатости поверхности повысить производительность процесса и снизить интенсивность износа абразивных гранул.

3. Разработать требования метрологического обеспечения проводимых экспериментальных работ, повышащие надежность ожидаемого результата и обеспечивающие контроль геометрических параметров гранул абразивного наполнителя с заданной точностью.

4. Экспериментально проверить теоретические решения, полученные в пунктах I и 2.

5. Исследовать закономерности изменения геометрии гранул аоразивного наполнителя в технологическом процессе вибрационной обработки.

6. Установить влияние геометрических параметров грапул абразив-го наполнителя на основные показатели процесса: производитель-

ность-, интенсивность износа аоразивных гранул и шероховатость поверхности обработанных деталей.

'!. Реализовать результаты исследования путем апробации и внедрения нз промышленных предприятиях.

Г. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ГРАНУЛ АБРАЗИВНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ, ОЦЕНИВАЮЩИЕ ЕГО ЗКСПЛУАТАЦЙОННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ

Этот раздел работы посвящен теоретическому анализу геометрических параметров гранул абразивного наполнителя, которые тесно связаны с производительностью процесса вибрационной обработки и интенсивностью износа.

Для описания геометрии аоразивных гранул были приняты следующие иоховну9 пологкзния:

1) гранула, полученные путем дробления бракованных или отработанных аоразивных кругов с последующим сепарированием в размер, имеют форму нерегулярного, случайного характера;

2) абразивный наполнитель в рабочей камере вибрационного станка как режущий инструмент представляет собой генеральную совокупность всех гранул, различных по форме и рельефу;

3) рельеф аоразивных гранул содержит неопределенно большое, но конечное, количество рекуних элементов, расположенных на поверхности, геометрия которых случайная.

Нз этой основе гранулы абразивного наполнителя представлены 3 виде стохастической модели, а совокупное множество их профилей, несущих информацию о геометрии, описано случайной функцией р(й>, аппроксимирующей и рельеф абразивных гранул, и их форму. Из условия сплошности абразивных гранул и их обкатанности функция р (У принята непрерывной и дифференцируемой. Полярный угол е, вследствие замкнутости контура аоразивных гранул, принимает значения

от о ло 2

йз результатов исследований, относящихся к щлифованию, доводке и обработке свободным абразивом, следует, что производительность процесса тесно связана с количеством зерен, находящихся в контакте с поверхностью обрабатываемой детали, величиной их ра-диусоь округления вершин и углов при вершине. Производительность процесса вибрационной обработки деталей в среде аоразнвных гранул также' зависит от указанных параметров. Форма зе гранул является

второстепенным фактором. Объединение этих факторов, относящихся к режущим свойствам абразивного инструмента, дало возможность установить геометрический параметр, который был назван остротой рельефа гранул абразивного наполнителя и обозначен Ь. Предпосылкой для определения параметра X послужило объединение следующих геометрических признаков, оказывающих влияние на режущую способность гранул абразивного наполнителя: а) чем меньше среднее значение угла при вершине выступающих из связки зерен р£Д в окрестности точки А, тем величина этого параметра остроты рельефа в точке А больше;

О) чем больше количество максимумов имеет функция р(0), тем значение параметра остроты рельефа в точке А больше; в) чем меньше углы р|Д, тем вершины будут очерчены дугами меньших радиусов г^д. Здесь А - произвольная точка на профиле гранулы с координатами (рд,8д), а - углы при вершине максимумов функции р(8) в рассматриваемой окрестности Л|Д профиля.

В соответствии с этими признаками и учетом положений теории вероятностей и математической статистики получено следующее выражение для остроты рельефа абразивных гранул (X):

I ■ К Е(т)'Еф, .. Ц)

где К- коэффициент пропорциональности; £(т) и Е(.-)- математическое ожидание, соответственно, количества максимумов на единице дайны профилей абразивных гранул, аппроксимируемых р(8), и значения кривизны профиля в окресности точки максимумов. На основании определения значений функции р(в) в точках, подобных точке А, рассмотрения их значений в виде последовательности чисел с нормальным распределением и использования, основных положений теории случайных функций и выбросов случайных процессов зависимость (I), с целью выяснения геометрического смысла параметра X, была представлена в виде

I, к --. (2)

где 1)(р1), Л(р±) - дисперсии первой и второй производных от значений'функции р(.в) в точках, подобных рассмотренной точке А; 1 =

I, 2, 3...... . генеральная совокупность точек, принадлежащих

функции р(8).

В случае контактирования гранул с контртелом примем функшш р(9), заключенную в интервале д^, за выборочную функцию £(р,В). Значение точек выборочной функции ?(р,8) во всем интервале Л£ найдено из следующего уравнения:

с р.= Е(Е) ± е1, (3)

где Е(Я) - математическое озидание радиуса кривизны контура контактного участка абразивных гранул; - последовательность случайных значений еА для 1-ых точек выборочной функции £(р,8), аппроксимирующей контактный участок абразивных гранул. Геометрический параметр ЕШ был назван номинальным радиусом кривизны абразивных гранул. Он рассмотрен как параметр, характеризующий их "оокатанность". В результате дифференцирования уравнения (3)

- подстановки (3) в (2) с учетом (4) было получено следующее выражение параметра,остроты рельефа I: Л(ё^)

I = £ -—' (5)

2 / 2% Я (4^'

где - ¿>(£¿5 - дисперсия первой и второй производных после-

довательности случайных 1-ых ординат функции £(х), описывающей профиль рельефа абразивных гранул. Зависимость (5) показывает, что функционально значение параметра остроты рельефа абразивных гранул представляет собой кривую, напоминающую по форме профт'-лъ клина, так как определяет наклон боковых сторон про?/.л;: рельефа, О(е^) - их сопряжение. Кроме того, из равенства (5) вытекает, что острота рельефа не зависит от формы абразивных гранул.

При определении расчетной формулы, оценивающей значение параметра I, принималось, что профиль рельефа описывается нормальной стационарной случайной функцией е(х) с эргодическим свойством, нулевым средним и корреляционной функцией вида

к ---- , (6)

ь 1 +,0£'Г

где к£(т) - корреляционная функция; о£ - среднее квадратическоб отклонение ординат профиля рельефа абразивных гранул; а£ - параметр, характеризующий чувствительность корреляционной связи меад значениями случайных ординат; % - аргумент, отвечающий шагу корреляции. Путем преобразования (5) с учетом (6) получено следующее выражение для расчета параметра X:

I = К 6 яГ1/2-ое.ае3/2. (7)

Диф^еренцируемость функции р(в) требует, чтобы радиус кривизны линии контура (средняя линия профиля) абразивных гранул не был меньше некоторой величины. Эта величина должна быть существенно отлична от нуля, так как реальный профиль пересекает среднюю линию в точках, отстоящих друг от друга на расстояниях, сравнимых с размерами зерна.. В этой связи радиус кривизны, минимальнс необходимый по условию дифференцируемости функции р(б), был назван критическим и обозначен через Дк. Представление о критически радиусе дает возможность обосновать существование трех стадий износа абразивных гранул. На первой стадии, когда номинальный радиус Е(Ю на отдельных участках гранулы мал , (£(Я) < Лк), происходит приработочный износ, приводящий к повышенному расходу абразива. На второй стадии, в результате обкатки гранул по всей и: поверхности, Е(Н) становится больше,, чем что вызывает умень шение интенсивности износа абразива. Эта стадия представляет нор малыш износ. На последней стадии, когда, в связи с общим уменьшением размера гранулы, значение Б[И) становится меньше на ступает процесс катастрофического разрушения формы гранул.

Задача определения критического радиуса абразивных грану, была решена в следующей последовательности. Рассмотрено и проана лизировано построение касательной прямой в произвольной точке соответствующей супремуму функции р(8). Установлена функциональ ная связь между координатами точки касания прямой с профилем параметрами оа, а£ и £(Я). Далее, путем введения ограничений, от носящихся к точности определения значений математического ожида ния супремума функции на замкнутом интервале, найдена функцио нальная зависимость для расчета критического радиуса Е^:

^ * 1,258 чр/аг-ае. (8)

Связь между геометрическими параметрами £(Я) и ^ осущестг

лена еле душим ооразом: '

£Ш) = и • як> „ (9)

где р, - коэффициент, учитывающий форму абразивных гранул. Согласно условию дифференцируемое™ функции р(8) коэффициент ц > I.

Для установления функциональной связи между износом абразивных гранул и их геометрией была разработана математическая 'модель износа контактного участка абразивных гранул. Предполагалось, что абразивные гранулы представляют собой достаточно хрупкие тела. Кроме того, считалось, что они в рабочей камере вибрационного станка при обработке деталей чаще взаимодействуют друг с другом, нежели с деталями или со. стенками. Следовательно, износ абразивных гранул - результат хрупкого разрушения при их контактных взаимодействиях. Тогда с учетом положения, что отношение износов шероховатых, достаточно хрупких тел при их взаимодействии пропорционально отношению работ упругой деформации шероховатостей, выдвинутого В.Н.Кащеевым, и модели геометрии контактирующих участков абразивных гранул была получена следующая формула:

к.«Р2 ,

1.= 41.54.---1-, (10)

Л Е £Ш)

где 1д - износ абразивных гранул, рельеф которых моделирован' сферическими салочками с вылетом консоли, равным значению радиуса; Кд - коэффициент; Е - модуль упругости; Р - нагрузка, приложенная к вершине выступающей из связки балочки, моделирующей абразивные зерна, в направлении, перпендикулярном оси его консоли.

Из выражения (10) вытекает подтверждение того, что, при прочих равных условиях, с увеличением величины номинального радиуса кривизны поверхности абразивных гранул Е(К) их износ уменьшается.

3. ВЕРОЯТНОСТНО-СТАТИСТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ВИБРАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ

Существующие методы управления процессом вибрационной обработки, повышающие ее эффективность, основываются, главным ооразом, на регулировании интенсивности металлосъема во времени путем соответствующего"подбора амплитуды и частоты колебаний рабочей камеры, объема гранул абразивного наполнителя, общей массы обра-

батываемых деталей, грануляции и зернистости абразивных гранул и других параметров. Однако идее варьирования^ интенсивности 'удаления припуска присущ вполне очевидный и существенный недостаток. Он заключается либо в повышенном износе абразивных гранул, лиоо i снижении производительности из-за "процесса выхаживания" к конщ обработки. Данный недостаток может быть устранен, если использовать влияние геометрических параметров абразивных гранул на основные показатели вибрационной обработки: производительность, износ абразивных гранул и качество поверхности получаемых деталей.

В данном разделе разработаны две математические модели: модель процесса формирования достижимого уровня шероховатости поверхности обработанных деталей и модель управления режимом вибрационной обработки в связи с геометрией абразивных гранул, позво лившие научно обосновать возможность повышения эффективности про цесса в комплексе, т.е. при достижении требуемых параметров шеро ховатостей возможен эффект одновременного повышения и производи тельности, и снижения интенсивности износа.

Формирование шероховатости поверхности деталей при вибраци онной обработке было представлено в виде математической модел линейного стационарного преобразования геометрии гранул абразив ного наполнителя в геометрию микронеровностей поверхности изде лия:

Y(X)= В{е(х». (II)

где Y(X) и е(Х)- случайные функции с нормальным распределение ординат, аппроксимирующие, соответственно, микропрофиль оораос танной поверхности деталей и профиль рельефа абразивных гранул х - аргумент, отвечающий текущим координатам точек этих функци* в - оператор преобразования. Кроме того, е(Х), являясь эквивг лентной выборочной функции £(Р,9), имеет математическое ожидание равное £(е(Х))= 0, корреляционную функцию вида (6) и определена 5 замкнутом интервале Aff, зависящем от E{R).

Решение (II) дало следующее аналитическое выражение:

Б(Ва)= 0.7535 % ь • /оГ*« 3/ - , (12)

у / Е(Я). A/Z

у "s

где Е(Ва) - математическое ожидание параметра Яа, характеризувд

li to среднее арифметическое отклонение шероховатости поверхности детали при виороабразивной оораоотке.

Из уравнения (12) вытекает, что на значение Е{Ва) существенное влияние оказывают, с одной стороны, геометрические параметры аоразивных гранул о£ и Е(В), а с другой - параметры с и к, охватывающие физику процесса формирования шероховатости поверхности изделия при вибрационной обработке. Поскольку показатель степени при ае - малая величина, то этот параметр практически не оказывает влияние на E(Ra). Анализ зависимости (12) и сравнение ее с эмпирическими зависимостями А.П.Бабичева и Ю.М. Само думского, отражающими влияние зернистости абразивных гранул на высоту микронеровностей поверхности детали, показывает их хорошее соответствие.

Если уравнение (12) преобразовать относительно параметров L, используя (7), (8) и (9), и £ (Я), используя (8) и (9), то, . соответственно получаем:

_Т

В№) * "у"7 < 7 -« L. . (13)

0.1178 ^ (ок) 1СК ^ТГ ~а|

Теоретический анализ выражений (13) и (14) на адекватность закономерности формирования высоты остаточного следа микронеровностей поверхности деталей от геометрии лезвийного инструмента показал хооошую сходимость результата, т.е.

0.1178 4/ <ок)*Г 1

af" £

(15)

.0.51 '/** 4/ (ок)2' 1 h = . /—5- •-

(16)

'-/Т ' аЕ ' й '

где высота остаточного следа микронеровности поверхности.

Из формул.(15) и (16) вытекает, что параметр.ь. находится в обратной зависимости от геометрических параметров г и Я. Аналогичные выводы были сделаны В.Л.Чебышевым, X.Бауэром, А.И.йса-

евым при лезвийных видах обработки и Е.Н.Масловым при шлифовании.

Поскольку (12) является результатом решения (II), где на входе и выходе системы нормальные случайные функции с эргодичес-кими свойствами, то уравнение (12) легко преобразовывается относительно других параметров достижимой шероховатости поверхности обработанных деталей, предусмотренных ГОСТом 2789 - 73.

При определении целевой функции управления эффективностью процесса вибрационной обработки придерживались следущих положений, установленных на основе литературных данных:

1) производительность процесса, измеряемая металлосъемом, существенно зависит от режима вибрационного станка и зернистости абразивных гранул и слабо связана с их формой;

2) износ абразивных гранул и шероховатость обработанной поверхности (при прочих равных условиях) существенно зависят как от режима обработки, .так и формы абразивных гранул.

С учетом этих положений и выдвинутых геометрических параметров, L, ag, а8г оценивающих рельеф абразивных гранул, и E(R) - их форму, представим изложенные положения в математическом виде: Q » T(Q,L)\ -

• i = /<а,ш)); (17) -

. во /<п,о6,£(Я)>,

где Q, I, йа - показатели процесса вибрационной обработки, характеризующие, соответственно, производительность процесса, интенсивность износа, шероховатость обработанных поверхностей; Q-символ, означающий режим обработки, т.'е. конкретные значения амплитуда и частоты колебаний рабочей камеры.

В результате соблюдений условий повышения производительности процесса-и уменьшения интенсивности износа (расхода) гранул абразивного наполнителя при достижении требуемой высоты микронеровностей поверхности обработанных деталей получена функциональная зависимость управления режимом оораоотки в согласовании с геометрическими параметрами абразивных граул. Данная зависимость выражена уравнением

4 = )/£(£,) )0*5, (18) связывающим амплитуду колебаний А рабочей камеры вкбростанка с номинальным радиусом крипизш поверхности абразивных гранул E(R).

При анализе 118) выявлено, что, при.прочих равных условиях,

при повышении амплитуды колебаний от значений А., до я соответствующего увеличения номинального радиуса кривизны аоразивных гранул от Е(А^) до ¿'(Я,)-получается требуемый эффект, т.е. при росте производительности процесса происходит уменьшение интенсивности износа абразивных гррнул и обеспечивается требуемая высота микронеровностей поверхности обработанных деталей.

4. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОДГОТОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ

В данном разделе разриоотано. метрологическое, обеспечение экспериментальных исследований. В частности, проведён анализ на достоверность результата при использовании выявленных геометрических параметров I, Е(а), а£, £(Я), и В итоге установлено, что достоверность результата достигается при конечном количестве параллельно проводимых опытов. На этой основе определено необходимое количество опытов, обеспечивавших надежность ожидаемого результата. Выявлены требования к профилографированию рельефа абразивных гранул, позволяющие контролировать геометрические параметры с заданной точностью.

Определение требований, обеспечивающих' 'заданную точность геометрических параметров гранул абразивного наполнителя, включает два этапа: определение базовой длины профилографирования рельефа абразивных гранул и установление необходимого количества базовых • профилограмм.

Базовую длину профилографирования находили, исходя из заданной точности вычисления корреляционной функции по экспериментальным данным, извлекаемым из профилограмм. В результат© проведенного анализа найдена функциональная зависимость нормированной величины средней квадратической погрешности:

о2 -з- (аго^ 1-1)+--—у- I агог^/Сх +

+ aгctgУa^U+2't)|| , (19;

где I - базовая длина профилографирования, которую необходимо определить. Отсюда в пределе, т.е. при т = 0, пол/чаем зеохнзе наибольшее значение средней квадратической погрешности о2 (О) при вы-

20 . • .. числении экспериментальной корреляционной функции: ■

02(0) - ———-arotgiCl . (20)

/Ч1

Раскладывая выражение arctgv&^l в степенной ряд и оставляя только первый член ряда %/2 в сйязи с быстрой его сходимостью, имеем

р 2 * 1С

0^(0) = _ • —= (21)

2 /Ч1

Преобразование (21) относительно £(т) с учетом функциональной связи а^ и Е(т) дает следующий результат: .

р /зГ

0^(0) - --(22)

I

Такое преобразование обусловлено тем, что оценка параметра ¿'(т) при обработке профилограмм'является Езиболее удобной, поскольку .не требует никаких дополнительных построений на профилограмме, а .вычислительный процесс ври подсчете простой. Если принять . значение о^О), "равное 0.05, то искомая вазовая длина соответствует выражению

.. 35 • ... '

I ---(23)

Е( тУ

В зависимости (23) значение параметра Е(т) представлено, как истинное., в виде математического ожидания, однако любое значение этого параметра, вычисленное при обработке профилограмм, всегда будет содержать элемент случайности. Хорошей оценкой для параметра Е(т) может быть среднее арифметическое значение ТВ, поскольку по центральной предельной теореме распределение значений параметра Е(т) с увеличением количества профилограмм сходится по" вероятности к нормальному закону. Отсада, количество проЗилограмм п, необходимых для обеспечения надежности ожидаемого результата, найдено из условия достоверности получения значения ш при его конкретной относительной погрешности:

а

t

К-. . (24)

п = -

70 Ö

где tß - табулированная величина, зависящая только . от значения

доверительной вероятности р; <3 - относительная погрешность.

Для определения значений номинального радиуса кривизны абразивных .гранул обоснована применимость метода симметричных конеч-но-рэзйостных отношений. Угловой интервал Д9 для получения выборга полярных радиусов из одного теневого изображения контура абразивной гранулы рассчитывали из условия равенства шага квантования контура шагу корреляции случайной величины, т.е. 0.2

де * —г-, (25)

п

где п* - число пересечений контура теневого изображения гранулы с эквивалентной по площади окружностью, центр которой совпадает с полярным центром теневого изображения.

Количество теневых изображений, необходимых для получения выборки полярных радиусов, вычисляли по формуле 'дп • дв

N = -— , (26)"

. 360°

где дп - выборка полярных радиусов.

Кроме того, в данном разделе рассмотрены общие условия проведения оштов. В качестве абразивного наполнителя использовался бой абразивных кругов марок 24А6ЛСТ19Я, 24Д12ПЗК8А, 25А16ДСТ16К, 24А25ПСТ18К, 24А32ПСТ15К, 24А40ПСТ15К8А, 54С6ВТ2К7, метлахской плитки и байкалита грануляпией й = 20...25 мм, формованные гранулы уралита шшшдрической формы и марки КФ. В качестве деталей применяли образцы размером 65.12*3 мм, изготовленные из цветных сплавов АЕ, Щ. 162, стали марок эое, ЗОХГСНА и Х18Ш0Т. На базе профалометра мод. 253 завода "Калибр" и тензочувствительной салочки с встроенной алмазной ощупывающей иглой собрана установка для регистрации рельефа абразивных гранул с записью профилограмм. При проведении оштов использовали два типа вибрационных станков, имевдих рабочие камеям с и-образным профилем и эластичным (резиновым) дном. На устройство вибрационного станка с эластичным дном рабочей камеры выдано а.с. » 1430239 (СССР).

5. СТАТИСТИЧЕСКИ: ЗАКОНОМЕРНОСТИ ГЕОМЕТРИИ РЕЛЬЕФА АБРАЗИВНЫХ ГРАНУЛ И ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ОБРАБОТАННЫХ ДЕТАЛЕЙ Данный раздел посвящен экспериментальной-проверке статиста-

ческих закономерностей, априорно принятых при разработке теоретических решений. В результате установлено, что случайная функция е(Х), реализуемая в профилограммах, снятых с рельефа аоразивных гранул, является нормальной стационарной и обладает свойством эргодичности. Эти же свойства сохраняются и в процессе обработки независимо от изменения амплитуды и частоты колебаний рабочей камеры и типа вибрационных станков. Аналогичные выводы были получены и при исследовании достижимой шероховатости поверхности обработанных деталей. Исследование профиля рельефа аоразивных гранул и достижимой шероховатости поверхности деталей произведено методом корреляционного анализа про$илограмм с построением коррелограмм н их аппроксимации, методом статистической проверки на нормальность распределения случайных величин по критериям согласия Пирсона, Колмогорова, Романовского, и методом графического представления вероятностей. В качестве исследуемых материалов использовались гранулы абразивного наполнителя (грануляция в = 20...25 мм) различной зернистости в диапазоне номеров от 6 до 40 и образцу, выполненные из латуни Л62 и стали. 12Н8НШГ.

Допущение, принятое в ходе решения несобственного интеграла, при нахоаденш формулы (12), оыло проверено экспериментально-расчетным путем. Данные, необходимые для численного вычисления несобственного интеграла, были получены при различных сочетаниях режима (амплитуда А = 0.7...3.5 мм и частоты х = 16.7...50 Гц) рабочей камер! с о-образным профилем. Обработка деталей производилась в закрепленном состоянии абразивным наполнителем грануляцией с = 20...25 мм при вариации номера зернистости в связке от 6 до 40. Сравнение результатов численного решения несобственного интеграла с теоретическим (оно подробно рассматривается в диссертации), дало относительную погрешность менее 4 %.

Исследованием функции распределения высот максимумов для математической модели контактного участка аоразивных гранул уста-новлёно, что распределение значений высот максимумов профиля рельефа не зависит от величины радиуса кривизны контура абразивных гранул. Этот результат подтвердил правильность решения, заключающегося в профилографировании рельефа плоских или с малой кривизной участков аоразивных гранул при оценке геометрических

лараметров.

6. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ГРАНУЛ АБРАЗИВНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ

В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПРОЦЕССЕ ВИБРАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ В данном разделе приведены результаты исследований влияния геометрии абразивного наполнителя на основные показатели виораци-окной обработки. Креме того, дана экспериментальная проверка расчетным формулам, полученным на основе теоретического анализа геометрических параметров гранул абразивного наполнителя. Установлены зависимости параметров L, £(т) и i?k от зернистости Z !рис. 2), L, Sim) от времени обработки t (рис. 3), амплитуда х (рис. 5 а) и частоты колебаний i (рис. 5 б). Исследовано влияние остротн рельефа абразивных гранул L на кеталлосьем av, т.е. на производительность процесса (рис. 6), а также получена зависимость интенсивности износа абразивных гранул J от зернистости Z и геометрического параметра гранул R^ (рис. 7).

экспериментальная проверка расчетных формул проводилась по ходу исследования геометрических параметров гранул от зернистости 2. В частности, при определении параметра Як для абразивных гранул твердостью CTI и зернистости 6...40 и сравнении его удвоенного значения (3.4-I2.I мм) с минимально возможной грануляцией (8 -10 мм), рекомендованной И.В.Политовым и Н.А.Кузнецовым, было отмечено, что формула (8) вполне-приемлема для расчета. Это полоке-ние отражено в патенте Л 2038940 (Россия). Кроме того, введением параметра rCD (среднего радиуса округления вершин аоразивных зерен, выступающих из связки, значение которого соответствует обратной величине £(-£)) и сравнением его линейного размера с данными среднего радиуса округления вершин аоразивных зерен в порошке также установлена удовлетворительная сходимость результата. Для абразивных зерен (24А25) в порошке средние радиусы округления вершин по Д.Б.Ваксеру, М.В.Семко, Д.Г.Марченко и Н.В..Беляеву, А.В.Мурдасову имеют, соответственно, значенияо19 мкм, 17 мкм, 21 мкм и 26 мкм. По расчетная формуле, предложенной Ю.В.Димовым, для гранул из боя абразивных кругев марки 24А25ПСТ18К математическое ожидание радиуса округления вершин зерен равно 0,022 мм. Расчет значения гср для абразивных гранул аналогичной марки по формуле (8) дал результат 0.026 мм. Если сравнить данные, полученные

путем расчета среднего радиуса округления вершин зерен для рельефа абразивных гранул марки 24А40ПСТ15К8А,' со средними значениями радиусов округления вершин зерен в порошке зернистостью 40, изученными Л.В.Худобиным, А.А.Маталиным, которые приводят значения, соответственно, 0.150...0.200 мм и 0.1 мм, то по результатам наших расчетов гСр = 0.08 мм.

IIa основании результатов исследований (рис. 2) отмечено, что зависимости значений геометрических параметров L, Е{ -i) и Е^ от зернистости Z имеют экстремальный характер (максимум для параметров £ и Е{ —) и минимум3 для - в точке, соответствующей Выявлена линейная связь статистических параметров рельефа абразивных гранул cg и а£ с их зернистостью 2 (рис.4). С увеличением зернистости величина о£ возрастает, а значение а£ уменьшается линейно. Геометрический параметр Е{т) с увеличением зернистости Z уменьшается нелинейно (рас. 2).

Из рис. 3 видно, что значения геометрических параметров L, Е{ -i) и Е{т) в процессе оораоотки не изменяются. Аналогичные результаты наблюдались при обработке деталей в рабочей камере с эластичным дном. Это указывает на стационарность, свойств геометрии рельефа аоразившх гранул .и, тем самым, количественно оценивает явление "самозатачивания".

.. Более тесная связь параметров L и наблюдается с амп-

литудой колебаний рабочей камеры (рис 5а). При возрастании ампли.-туды колебаний А пропорцинально увеличиваются значения параметров L и £( Связь L и Е{ •—) с частотой колебаний х - нелинейная, а параметр Е{га) не зависит от режима обработки, что указывает на равномерное распределение зерен в объеме гранул (рис. 5а и б), из анализа результатов, помещенных на рис. 6 и рис. 7 (позиция 2) следует, что, при прочих равных условиях, параметры L и Лк являются критериями оценок, соответственно, режущей способности и их работоспособности.

Если учесть линейность характера металлосъёма от параметра L и тесную связь последнего с амплитудой колебаний А рабочей камеры (рис. 5а), то нелинейность металлосъёма от амплитуды колебаний (наприйер, данные А.П.Бабичева), становится вполне объяснима. Ме-таллосъем при изменении амплитуды колебаний рабочей камеры проте-

кает под действием двух аргументов: силы удара и геометрии гранул, оцениваемой параметром Ь - остротой их рельефа.

'Лсследованием влияния времени обработки на номинальный радиус. кривизны поверхности абразивных гранул E(R) выявлена нестационарность его значений. Зависимость E(R)=~ í(t), отражающая характер изменения его величины, напоминает кривую износа с тремя периодами: быстрого, замедленного и резкого уменьшения размеров Eiñ). Первый и третий периоды сопровождаются в основном конгломератным разрушением. Второй - равномерным абразивным износом, качественно, на базе построения эпюры вероятного контакта,'дана геометрическая интерпретация конгломератному » равномернее zzzz: износа.

Результаты исследований, показывающие влияние геометрических параметров а£, E{R) на шероховатость поверхности Ra обработанных деталей, представлены на рис. 8 а и 0. На основании (12) и экспериментальных данных отражен характер изменения высота микронеровностей изделия в относительных единицах в зависимости от величины Z (рис. 9). Из графических иллюстраций следует, что параметр о£ и E(R) оказывает сущосгсйшсе злиязнэ на нэроговатость, С уменьшением а£ il увеличении параметра E(R) величина доетактаой шероховатости ña деталей нелинейно уменьшается. Параметр <х£ слабо связан с параметром Яа. Путем сравнения графической иллюстрации (12), моделирующей влияние зернистости абразивных гранул (при E(R) -соазг ) на высоту микронеровностеа изделия, взятую в относительных единицах (рис. 9), с данными (рис. 8 а) и результатам А.П.Бабичева и других авторов сделано заключение о приемлемости представления процесса формирования шероховатости поверхности деталей при вибрационной обработке в виде математической модели линейного стационарного преобразования.

?. НАПРАВЛЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

В целях дальнейшего развития научного направления, связанного с изучением геометрии абразивного наполнителя и рассмотрением его как режущего инструмента без жесткой кинематической связи в технологических процессах вибрационной и других видах обработок, были разработаны и созданы автоматизированные измерительно-вычис-

L, Е(Ь. S< в)?

-2 -1 -1

мм мм MM ' MM

400r-8.0p40|- 8.0

300 - 6.0 - 30 - 6.0

200-4.0-20- 4.0

100-2.0 -IQ- 2.0

0 100 200 300 2,

MKM

Рис.2.Влияние зернистости на геометрические параметры гранул аоразивно-го наполнителя

Режим: А=2.5мм,г=25Рц^=60мщ

о£ мм а£,мм с----------------

-2 -1 -1 ММ с ММ 1 ММ 1

Г 55

г II

- 10 - 9

-50 -45 40Í- 8

Д>=2.Ь ММ 1 , í=33.3 Гц EÜ) , , ,/ !

*-*--к i i -----1 ...... í !

ЕЫ)

0.60 0.40 0.02

- 300 f

- 200 100

_NZ

О 30 60 90 1,

МИ!

Рис.3.Влияние времени об-.раоотки на геометрические параметры гранул абразивного наполнителя

Рис.4.Зависимость статистических параметров профиля рельефа абразивных гранул от зернистости

О 100 200 300 2,мкм

L, Е{ш),

-2 -1 -1 ММ ММ ММ

500 г 50 г-И.О

450 -45 -10.0

400 -40 - 9.0

350 -35 г- 8.0

300 -30 - 7.0

1=25Гц t=60MHH

IX ¡ JS(m)

Í Р -о-о- 3-

1.5 2.5 3.5 А,

мм

а)

500 450 400 350 300

X, £(¿), £(m), -2 -1 -1 ММ ММ ММ

г-50 -45 -40

г-II.О -10.0 9.0

1-30

г-35- 8.0

L 7.0

г=25Гц t=60MHH

L

-А " / Е[г —* п)

—о—

16.7 25 33.3 45 í.Pn

б)

Рис. 5. Влияние амплитуды а) и частоты 0) колебаний рабочей камеры вибрационного станка на геометрические параметры гранул абразивного наполнителя

Д7.

мм3 .А=2.5мм г — |Г=25ГЦ см ! г=б0мин 25.6

19.2

12.

100 200 300 1,мм'

Рис.6.Влияние острота рельефа I абразивных гранул'на производительность процесса вибрационной обработки

Абразивные гранулы: 1а - 24А6ПСТ19К, 1±Е - 25А1ВПСТ1БК, Ьза - 24А32ПСТ15К Материал деталей: -а- алюминий АЕ, . -о- латунь Л62,-<•- медь Мт., стали: -4- Э06, -в- ЗОХГСНА, -х- 12Х18Н10А

о юо 200 зоо г.мкм

0 2 4 6 Як,мм

Рис.7.Зависимость интенсивности износа аоразивных гранул от зернистости 2(1) и критического радиуса Я. (2Г • 51

Яа,

мкм г 4.0 3.0 2.0 1.0

!

—0—1-0- _и

ва, мкм

4.0

3.0

2.0

1.0

Е(Рл)

1 .зт5/в-е(я>1/з

■1

■—о

0.16 0.12 0.С6 0.04

Г5

зс

а)

(ск) | 1

^ \ 1 1

45 о.

О 20 40

МКМ

60

км

Рис.8.Влияние среднего квадратического отклонения профиля рельефа аоразивных гранул оР (а) и их номинального радиуса 2~(л) {б) на шероховатость поверхности оорабо-танных ^тал^й

Реетл: Л=2.5 мм, £=25 Гц, 1-50 мин.

Материал деталей: -а- алюминий АЕ, -о-латунь Ж^о-медь Ш, -д- сталь Э06, -э- сталь

100 200 ЗОО 2,

Рис.9.Характер изме-.нения расчетной высоты (в относите л.1-

влл'л^слах; \zz~~:--неровностей поверхности детали от зернистости аорас'цый-; гоанул

лительные комплексы, которые включайт щюфилограф-профиломет] мод. I7IOII завода "Калибр", интрументальный микроскоп мод. ИЩ 150" 50,Б, состыкованные с ПЭВМ IBM PC/AI-286 и принтером etai ьс-15. Работа*на них осущесвляется в диалоговом режиме с выводов извлекаемой информации в виде протокола данных. Время получение одного результата с выдачей на экран монитора составляет не более 5...15 мин.

Для инженерной практики в условиях завода разработан экспресс-метод определения значений параметров ini^, основанный на применении профилометра ценового типа мод. 283 завода "Калибр", использовании формул (7), (8), и (9), линейной связи между параг метрами о£ и а£. Сравнение значений I и Я^ определенных по экспресс-методу, со значениями L а R^, определенными при обработке лрофилограмм с последующим расчетом на ЭВМ, показало, что их отличие для гранул из метлахской плитки, байкалита, уралита и марки КФ находятся в пределах относительной погрешности, равной 2.В. • .7.7

Найденные таким образом геометрические параметры I, J^, ое, и £(Я) позволяют оперативно выбирать оптимальный абразивный наполнитель для достижения требуемого качества поверхности. Например, параметр £ служил ориентиром режущей способности абразивного наполнителя, 8 - назначения оптимальной грануляции в зависимости от конструктивных особенностей обрабатываемых деталей. Для достижении требуемого качества поверхности учитывали параметры ое и E(R). Далее, по выбранному абразивному наполнителю и требуемой шероховатости назначали рациональный режим обработки.

Разработанные на атой основе технологические рекомендации внедрены на Улан-Уденском приборостроительном заводе и Иркутском опытном заводе ^Эталон". Общая сумма годового экономического эффекта от внедрения вибрационной обработки на зачистных операциях составила 65900 руб. (1978 г.). Результаты исследования также внедрены па предприятиях г. Благовещенска Амурской области с годовыми экономическими эффектами в 100000руб. (1991 г.) - завод "Амурзлектроприбор" и в 7000000 pyö. (1995 г) - ТОО "Мебельная фабрика" и ТОО Автоцентр "Камаз".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В результате обобщения выполненных исследований решена актуальная научно-техническая проблема - разработка теоретических и метсдолагичэских основ повышения эффективности процесса вибрационной обработки с позиции системного учета геометрии абразивного наполнителя и режима станочного оборудования с производительностью, интенсивностью износа аоразивных гранул и качеством поверхности получаемых изделий.

Практическая значимость работы, имовдая важное народохозяй-ственное значение, заключается в создании нового научного направления: применение геометрических параметров гранул абразивного наполнителя в технологически решениях управления показателями вибрационной обработки деталей.

По итогам диссертационной работы сформулированы следующие основные выводы.

1. Опираясь на современные метода исследований с применением вероятностно-статистического анализа, теории . случайных функций/ выбросов случайных процессов, впервые разработан комплекс математических моделей (стохастическая модель абразивных гранул, модель геометрии их контактного участка и его износа), с помощью которых выявлена • система геометрических параметров гранул абразивного наполнителя, являющихся аргументами его служебных свойств. Предложены формулы для определения значений этих параметров.

2. Представлением процесса формирования достижимой шероховатости поверхности деталей при вибрационной обработке в виде математической модели линейного стационарного преобразования геометрии абразивного наполнителя в геометрию микрорельефа поверхности получаемых изделий обобщена ■ концепция влияния геометрического фактора абразивного наполнителя как режущего инструмента на высоту остаточного следа микронеровностей. Показана хорошая сходимость результата с формулами В.Л.Чебышева, Х.Бауэра, А.И.Исаева, отразившими влияние геометрии лезвийного инструмента при обработке на высоту остаточного следа микронеровностей деталей.

3. Ка основа системного учета геометрических параметров гранул абразивного наполнителя и режима вибрационного оборудования с производительностью, интенсивностю износа аоразивных гранул и ка-

чеством поверхности научно оооскована возможность повышения эффективности процесса вибрационной оораоотки деталей. Это полоке-ние раскрывает принципиально новое направление технологических решений (патент * 2038940 (Россия), "Способ внброабразивной обработки",) .

4. Для определения исходной информации о геометрических параметрах гранул абразивного наполнителя разработаны и изготовлены оригинальные установки, стенды и устройства (а.с. * 1430239 (СССР)), научно обосновано применение метода профилографировашя рельефа абразивных гранул и предложен способ получения теневых изображений их контуров.

5. Выявлены требования метрологического обеспечения проводимым работам, обеспечивающие надежность ожидаемого результата. Получены расчетные формулы минимально необходимой длины профилографнровашя рельефа абразивных гранул, зависящей от зернистости абразива в связке, и количества прсфлограмм..

6. Результатами экспериментов подтверждена достоверность положений, априорно выдвинутых при решении теоретических аспектов работы, и расчетных формул для определения геометрических параметров гранул абразивного наполнителя. Установлена стационарность геометрических параметров гранул абразивного наполнителя, оценивающих их рельеф, в процессе вибрационной обработки, в связи с чем подтверждено явление "самозатачивания" рельефа с количественной стороны. Величина же номинального радиуса кривизны поверхности абразивных гранул - нестационарна. В начальный и конечный периоды обработки - более интенсивное ее изменение. В период нормального протекания процесса обработки - равномерное.

7. Выявлено влияние режима вибрационной обработки на величину остроты рельефа гранул абразивного наполнителя и математического ожидания кривизны профиля в окрестности точки максимумов. Более тесную корреляцию с ними дает амплитуда колебаний рабочей камеры. При возрастании амплитуды колебаний их значения пропорционально увеличиваются, математическое ожидание количества максимумов на единице длины профиля не зависит ни от режима, ни от времени оораоотки.

8. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено:

геометрические параметры гранул абразивного наполнителя, острота

рельефа и критический радиус кривизны поверхности гранул, при прочих равных условиях, являются критериями косвенной оценки производительности процесса и интенсивности износа абразивных гранул. Установлена нелинейная связь геометрических параметров среднего квэдратического отклонения профиля рельефа и номинального радиуса кривизны поверхности абразивных гранул с параметром достижимой шероховатости поверхности Да. С возрастанием сродного кьадратического отклонения профиля рельефа абразивмх гранул значения Аа увеличиваются. Влшщ$е номинального радиуса кривизны поверхности - противоположное.

Э. Для геометрической интерпретации процессов изнашивания рельефа (явление "самозатачивания") и конгломератного разрушения участков абразивных гранул предложено построение эпюры вероятного их контакта с контртелом.

10. В целях дальнейшего познания геометрического фактора гранул абразивного наполнителя как режущего инструмента в технологических процессах безразмерной обработки деталей разработаны измерителько-вкчлслятслыше комплексы, позволяющие оценивать геометрические параметры гранул абразивного наполнителя в автоматическом режиме с выдачей результатов в виде протокола данных. Комплексы собраны на базе профилограф-профилометра мод. 171 oil завода "Калибр" и инструментального микроскопа мод. КМШ1 150*50,Б с подключением к ним ПЭВМ IBM pc/at 286 и принтера star lc-15.

11. Для инженерных расчетов при проектировании технологических процессов вибрационной обработка разработан экспресс-метод определения остроты рельефа и критического радиуса кривизны поверхности аоразквных гранул и разработаны рекомендации по выбору абразивного наполнителя и режима вибрационной ооработка на за-чистных операциях.

Результаты исследовайия внедрены на двух машиностроительных заводах в г.г. Иркутске и Улан-Удэ с оошим годовым экономическим эффектом в 65900.руб. (1978 г.) и на предприятиях г. Благовещенска Амурской области с годовыми экономическими эффектами в' 1X000 руб. (1991 г.)- завод "Амурэлектроприбор", и в 7000000 руб.

(1995 г.)- ТОО "Мебельная фабрика" и Автоцентр "Камаз".

Основные положения диссертации изложены в 32 работах:

1. Кольцов В.П., Литовка Г.В. Неравномерность съема при виброабразивной обработке с наложением электрохимического процесса// Вопросы технологии машиностроения: Межвуз. сб.- Иркутск: ИЛИ,

1973. Вып. 3. - С. 55-51.

2. Литовка Г.В., Димов Ю.В. Объемное вибрационное полирование изделий из пищевого алюминия //отделочно-упрочняющая механическая обработка, качество поверхности и эксплуатционные свойства деталей машин: Межвуз. сб.- Ростов на/Д: РИСХМ, 1978.- С. 73-76. .

3. Литовка Г.В. Исследование математической модели абразивных гранул //Повышение эксплуатационных свойств деталей машин технологическими методами: Сб. научн. тр.- Иркутск: ИЛИ, 1978.-С. 174-180.

4. Димов Ю.В., Литовка Г.В. Об . отражательной способности обработанной поверхности //Повышение эксплуатационных свойств деталей машин технологическими методами: Сб. научн. тр.- Иркутск: ИЛИ, 1978. - с. ш-па. .

5. Литовка Г.В. О количественной оценке микрорельефа абразивных гранул при объемной вибрационной обработке //Повышение эксплуатационных свойств деталей машин и режущего инструмента технологическими методами: Тез. докл. к научн.-техн. конф.- Иркутск: ИЛИ, 1979. - С. 63-64. '

6. Димов Ю.В., Литовка Г.В. К вопросу взаимодейсвия гранул с обрабатываемой поверхностью при (Объемной вибрационной обработке //Пути интенсификации производственных процессов при механической обработке: Сб.научн.тр.- Томск: ТШ, 1979. - С. 131-135.

7. Литовка Г.В. Критерии оценки режущей способности абразивной среды при вибрационной, обработке //Повышение эксплуатационных свойств деталей машин и инструмента технологическими методами: Сб. научн. тр.- Иркутск: ИЛИ, 1980. - С. 113-121.

8. Литовка Г.В. Аналитическое определение вероятностной высоты микронеровностей деталей при виброабразивной обработке //Управляемые механические системы: Сб.научн. тр.- Иркутск: ИЛИ,1980.

- С. 166-172.

9. Литовка Г.В. Влияние геометрии абразивного наполнителе на производительность процесса и качество деталей при вибрационной обработке //Применение низкочастотных колебаний в технологических целях:Тез. докл. регион, семинара. - Ростов на/Д: РИСЙ 1980.- С. 34. '

10. Димов Ю.В., Литовка Г.В. Шаржирование поверхности деталей при виброабразивной обрзботке//Твхнологическов управление качеством обработки и эксплуатационными свойствами деталей машин: Тез. докл. Всесоюз. конф.- Киев: 1980. - С. 47-50.

11. Литовка Г.В. Критический радиус как критерий работоспособности абразивных гранул //Совершенствование технологически} процессов в машиностроении: Сб.научн.тр.- Иркутск: ИЛИ, 1982.- С, 112-117.

12. Литовка Г.В. Геометрический критерий абразивных гранул определяющий их режущую способность при вибрационной обработке /, Повышение эксплуатационной стойкости машин,-работающих в условия: Севера: Тез. докл. регион, семинара.- Иркутск: НТО Машпрома,1982

- С. 33-32.

13. Литовка Г.В. Геометрический критерий режущей способности я износостойкости абразивных'гранул //Механизация и автоматизация ручных и трудоемких операций в промышленности Кузбасса: Тез.докл. науч.-практич.конф. молодых ученых и специалистов.- Кемерово: КузПИ. 1982. С. 101-103.

14. Димов D.B., Литовка Г.В. Исследование рабочей поверхности абразивных гранул при объемней вибрационной 'обработке //Абра-ЗНЕЫ.— 1983.- *'1 -С. 1-6. .

15. Димов Ю.В., Литовка Г.В., Сетцев C.B. Соотношение между параметрами шероховатости при объемной вибрационной обработку //Повышение производительности и качества механической обра-сотки на машиностроительных предприятиях Сибири и Дальнего йссто -ка: Тез.докл.Всесоюз.научн.-техн.*конф.- Иркутск, 1983.- С. 8.

16. литовка Г.В. Исследование геометрических параметров аб-разиыад гранул //Повышение производателыюсти г качества механической обработки на машиностроительных предприятиях Сибири и Дальнего Востока: Тез. докл. Всесоюз. конф.-М.,*1983.- С. 6-7.

17. Контес В.Д., Литовка Г.В.-Пути повышения автоматизации вспомогательных операций на предприятиях легкой промышленнойсти// Робототехнические системы в текстильной и легкой промышленности: Тез. докл. Всесоюз. научн.-техн. конфер.- Л., 1984.*с. 38-39.

18. Литовка Г.В. механизация зачистных операций при восстановлении деталей //Прогрессивная технология машин в Приамурье: СО. научн. тр.- Благовещенск: БСХИ, 1986. - С. 42-47.

19. Литовка Г.В. Обеспечение точности определения геометрических параметров абразивных гранул //Повышение эксплуатационных свойств деталей машин и инструмента технологическими методами: Сб.научн.тр.- Иркутск: ИЛИ, 1988. - С. 66-74.

20. В.П.Кольцов, Г.В.Литовка, К.Е.Филиппов. A.c. Л I43C239 /СССР/, МКИ 6В24Б31/С6. Устройство для вибрационной обработки. Заявл. 10.12.36; Опубл. 15.06.88. Бюл. А 38.

21. Литовка Г.В., Широков-А.Н..Толстенко П.П. Вибрационная обработка деталей абразивным порошком //Повышение эффективности технологических процессов механообработки: Сб.научн.тр.- Иркутск: ИЛИ, 1990. - С. 10-13.

22. Литовка Г.В. Определение геометрических параметров рельефа режущей поверхности абразивного инструмента с заданной точностью //Модификация поверхностей с целью повышения износостойкости и долговечности деталей машин: Тез. докл. регион, науч.-техн. конф.- Благовещенск: БШ, 1990. С. 68-70.

23. Литовка Г.Б..Широков, Толстенко Виброабразивная обработка мелких деталей и снятие заусенцев //Прогрессивная технология ремонта машин в Приамурье: Сб.научн.тр.- * Благовещенск: БСХИ, 1990. - С. 46-50. *

24. Литовка Г.В., Широков А.Н. Технология подготовки поверхности деталей виброабтзазивной обработкой //Информационный листок/ иНТИ - Благовещенск: 1992. - А 13-91.

25. Литовка Г.В., Юсупов З.Ф., Широков А.Н. Влияние геометрических параметров абразивного инструмента на производительность пси зачистке и скруглении кромок деталей //Подготовка и обработка поверхности в гальваническом, сборочном и заготовительном производстве: Тез. докл. науч.- техн. семинара.- M., 1992. С. 11-12.

26. Литовка Г.В. Геометрические параметры абразивных гранул как фактор повышения эффективности процесса виброабразивней обработки //Наукоемкие технологии в машиностроении Ii приборостроении:

Тез. докл. Российской науч.-теха. конф.- Рыбинск: РАТИ, 1994. С. II6-II7.

27. Литовка Г.В. Управление эффективностью процесса виороабразивной обработки для получения требуемой шероховатости поверхности деталей под покрытие //Амур - 94: Тез. докл. Международного науч. совещания по лазерной обоаботке поверхностей.- Благовещенск: БПИ, 1994ЛС. IO-II.

28. Литовка/Г.В., Салимов В.Ф. Автоматизированная система научных исследований микротопографии шероховатой поверхности // Амур - 94: Тез. докл. Международного науч. совещания по лазерной обработке поверхностей.- Благовещенск: БПИ, 1994. С. 10-И.

29. Литовка Г.В., Тарасова Л.И., Катеринич А.Г. Формирование микрогеометрии поверхности деталей при виороабразивной обработке //Наукоемкие технологии и проблемы их внедрения на машиностроительных и металлургических предприятиях Дальнего востока: Тез.-докл. Медународ. научн.-техн. симпозиума.- йомсомальск-на-Амуре: КнаПИ, 1994. С. 87.

30. Литовка Г.В., Виноградов Б.А., Сафронова Н.П. Автоматизация измерений и расчета геометрических параметров абразивного инструмента //Надежность машин и технологического оборудования:. Тез. докл. Международной науч.-техн. ковф.- Ростов на/д, 1994. С. 117. ' ,

31. Литовка Г.В. Определение среднего радиуса округления вершин абразивных зерен, выступающих из связки (теоретико-вероятностный подход) //Научно-технические и социально-экономические проблемы развития Дальневосточного региона России (Дальний Восток России): Сб. научн. тр. - Благовещенск, Амурский государственный университет, 1994. Выпуск I. - С. 14-21.

32. Г.В.ЛитовкЁк Патент * 2038940 /России, ЫПК 6B24B3I/0G. Способ виороабразивной обработки /Россия/. Заявл. II.01.93; Опубл. 10.07.95. БЮЛ. * 19.

Бумага тип. 60x84/16 Уч^ааал. - 2,0 Тираж 120. Захаз 1621

Ротапринт ООП Амуроблкомстат Кузнечная 25