автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Выбор рациональных условий разрезания заготовок из труднообрабатываемых материалов абразивными отрезными кругами

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Абразивное разрезание как эффективный метод получения заготовок.

1.2. Технологические особенности процесса разрезания материалов абразивными отрезными кругами.

1.3. Теоретические разработки процесса абразивного разрезания.

1.4. Выводы.

1.5. Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2 РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ПРИ РАЗРЕЗАНИИ ПРУТКОВ ОТРЕЗНЫМИ КРУГАМИ.

2.1 Разработка математической модели взаимодействия отрезного круга с разрезаемым прутком.

2.2 Кинематический анализ условий процесса разрезания.

2.3 Выводы.

ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО АБРАЗИВНОМУ РАЗРЕЗАНИЮ ЗАГОТОВОК ИЗ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ.

3.1 Методика и условия проведения исследования.

3.2 Исследования по разрезанию заготовок из легированных сталей.

3.3 Исследования по разрезанию заготовок из титановых сплавов.

3.4 Исследования разрезания заготовок из жаропрочных никелевых сплавов

Выводы

ГЛАВА 4 ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ УСЛОВИИ РАЗРЕЗАНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ МАТЕРИАЛОВ.

4.1. Выбор скорости резания.

4.2. Выбор подачи.

4.3. Выбор оптимальной мощности.

4.4. Применение охлаждения.

4.5. Качество торцов отрезаемых заготовок.

4.6. Выводы.

ГЛАВА 5 РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ,

Большинство технологических процессов изготовления машин включает в себя различные процессы механической обработки, реализация которых осуществляется с использованием смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), являющихся источником загрязнения окружающей среды. В настоящее время отходы производства складируются в местах захоронений без предварительной очистки и переработки. Переработка сжиганием и утилизация восстановлением и складированием отходов производства, в том числе в части абразивной обработки является весьма сложным и дорогостоящим процессом, который недоступен многим производителям. Кроме того, смазочно-охлаждающие жидкости, содержащие различные химически активные соединения, оказывают негативное воздействие на здоровье человека, вызывая у работников производства профессиональные заболевания.

На данном этапе развития научно-технического прогресса проблемы, связанные с уменьшением себестоимости изделий, повышения конкурентоспособности цроизводства решаются в рамках различных подходов, продиктованных следующими тенденциями: сокращение объемов применения СОЖ, исключение СОЖ из операций обработки и др.

В ряде производств существуют отдельные технологические процессы абразивной обработки, где по различным причинам применение смазочно-охлаждающих жидкостей недопустимо. Это связано как с конструктивными особенностями оборудования, так и с исключительностью требований, предъявляемых к изготавливаемым деталям для получения из них изделий заданного качества. К таким изделиям относятся: агрегаты гидравлических систем, режущий и измерительный инструмент, электрические машины специального назначения, а также многие другие изделия авиационной, инструментальной и машиностроительной промышленностей.

При разрезании заготовок из труднообрабатываемых материалов пластическая деформация удаляемого материала и работа трения абразивных зерен об обрабатываемую поверхность служат основными источниками теплообразования. Поэтому одним из направлений снижения температуры в зоне резания и повышения эффективности разрезания труднообрабатываемых материалов, при отсутствии искусственного охлаждения, становится выбор рациональных условий разрезания заготовок из труднообрабатываемых материалов абразивными отрезными кругами.

Опыт промышленного применения абразивного инструмента без учета выбора рациональных условий разрезания на операциях разрезания заготовок из труднообрабатываемых материалов показал, что в этом случае использование данного инструмента малоэффективно. Кроме того, обработанные поверхности имеют низкое качество.

Следовательно, обеспечение бездефектного, экологически безопасного разрезания заготовок из труднообрабатываемых материалов за счет выбора рациональных условий разрезания труднообрабатываемых материалов абразивными отрезными кругами и отказа от применения смазочно-охлаждающих жидкостей является актуальной научно-технической проблемой.

Цель работы - повышение производительности процесса, стойкости инструмента и качества реза при разрезании заготовок из труднообрабатываемых материалов за счет выбора рациональных условий по характеристике абразивного отрезного круга и режимам разрезания.

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты диссертационной работы:

- разработка математической модели взаимодействия абразивного отрезного круга с разрезаемой заготовкой;

- проведение экспериментальных и производственных испытаний процесса разрезания заготовок из высоколегированных сталей, никелевых и титановых сплавов абразивными отрезными кругами;

- определение рациональных условий разрезания заготовок из труднообрабатываемых материалов;

- разработка практических рекомендаций по разрезанию заготовок из труднообрабатываемых материалов - высоколегированных сталей, титановых сплавов и жаропрочных никелевых сплавов;

- разработка практических рекомендаций по выбору и использованию отрезных станков для операции разрезания заготовок абразивными отрезными кругами.

Данная работа выполнена в соответствии с планом международного научно-технического проекта ЭВРИКА Е12339 EVROENVTRON GRINDING совместно с промышленной фирмой «Carborundum Electrite» (Чехия) на производственной базе ВГУП ММПП «Салют».

Автор выражает глубокую признательность и благодарность своему научному руководителю д.т.н., профессору В. К. Старкову, сотрудникам МГТУ «Станкин» к.т.н А Б. Феоктистову, к.т.н. С. А Рябцеву, а также сотрудникам завода ММПП «Салют» за помощь, оказанную при подготовке диссертационной работы.

Общие выводы

1. Выполненный комплекс исследований и производственных испытаний позволил решить научно-техническую задачу повышения эффективности разрезания заготовок из труднообрабатываемых материалов за счет выбора рациональных условий по характеристике абразивного отрезного круга и режимам разрезания, включая повышение производительности процесса, стойкости инструмента и качества реза.

2. Установлены направления повышения эффективности процесса абразивного разрезания за счет создания абразивных отрезных кругов с новыми характеристиками, а также за счет выбора оптимального соотношения между размерами отрезаемой заготовки и размером отрезного круга. Приоритетность направлений определяется следующей последовательностью: зернистость круга, его твердость, характер рабочей поверхности и соотношение размеров инструмента и заготовки.

3. Разработана математическая модель взаимодействия абразивного отрезного круга с разрезаемым прутком, позволяющая определить площадь контакта абразивного отрезного круга с разрезаемым прутком в зависимости от глубины его внедрения. При минимизации указанной площади определяются оптимальные соотношения размеров инструмента и заготовки.

4. Установлены зависимости изменения площади контакта абразивного отрезного круга с разрезаемым прутком при различных диаметрах и высотах абразивного отрезного круга и различных диаметрах разрезаемого прутка, позволившие сделать вывод о том, что с точки зрения минимизации выделения тепла при разрезании, которое в свою очередь пропорционально общей площади контакта круга и прутка, следует выбирать отрезные круги возможно меньшего диаметра и возможно меньшей толщины.

5. В результате проведенных исследований большой номенклатуры по типоразмеру и характеристикам отрезных кругов на различных операциях разрезания заготовок из сталей установлено, что результаты и эффективность обработки находятся в большой зависимости от правильно подобранной характеристики инструмента, а именно его зернистости и твердости, а также окружной скорости отрезного круга.

6. Установленные закономерности влияния размера абразивного зерна, твердости абразивного круга на величину коэффициента шлифования, режущую способность и относительную величину прижога для процессов разрезания заготовок из легированных сталей, титановых сплавов и жаропрочных сплавов, позволили установить, что повысить эффективность использования отрезных кругов можно за счет подбора абразивного круга с наименьшей твердостью и зернистостью, обеспечивающей наиболее возможно высокий коэффициент шлифования при как можно меньшей величине прижога. Установленные закономерности позволят расширить выбор оптимальных условий эффективного абразивного разрезания.

7. В ходе сравнительных испытаний отрезных кругов производства ОАО «Лужский абразивный завод» и фирмы «Carborundum Electrite» был сделан вывод о том, разрезание мерных прутков из титановых сплавов ВТ20, ВТ18У, ВТЗ-1 лучше всего производить абразивными кругами фирмы "Carborundum Electrite". Разрезание заготовок из сталей 16ХНВФМБ-Ш и 45, жаропрочных никелевых сплавов ЭП648ВИ, ЭП708, ЭП718ИД, ЭП866М и ВЖЛ-12УВИ целесообразнее производить при применении абразивных отрезных кругов фирмы "Carborundum Electrite". Во всех случаях было отмечено повышение коэффициента шлифования, снижение относительной величины прижога и подкалки торцов.

8. Установлены закономерности влияния скорости резания, подачи, мощности привода, охлаждения и качества торцов (поверхности реза) на эффективность процесса разрезания заготовок в целом. Выработаны рекомендации по повышению эффективности процесса разрезания абразивными отрезными кругами заготовок из труднообрабатываемых материалов за счет изменения данных показателей.

9. Выработаны рекомендации по выбору и использованию отрезных станков для операции разрезания деталей абразивными кругами, способствующие повышению эффективности абразивного разрезания в мелкосерийном и серийном производстве.

1. Абразивная и алмазная обработка материалов. Справочник. -М.: «Машиностроение», 1977. - 391 с.

2. Абразивная резка стальных заготовок: Метод рекомендации/Урал.фил. ВНИИ абразивов и шлифования (УралВНИИАШ).-М.:ВНИИ информ. и техн.-экон.исслед.по машиностроению и робототехнике (ВНИИТЭРМ), 1988. 31 с.

3. Абрашкевич Ю.Д. Исследование абразивного инструмента для разрезания горных пород. Автореферат канд.дис. М., 1971.

4. Ашихмин И.В. Исследование влияния твердых смазок на процесс трения и износа круга при абразивной отрезке нержавеющих сталей. Автореферат канд. дис. Новочеркасск, 1974.

5. Богомолов Н.И. Основные процессы при взаимодействии абразива и металла. Автореферерат доктор, диссертации. Киев, 1964. - 46 с.

6. Борисов В.А. и др. Круги отрезные. ГОСТ 21963-76. М., изд-во стандартов, 1976.

7. Борисов В.А. и др. Резка железобетонных труб абразивным кругами.-Науч.-техн.реф.сб. «Абразив», 1976, вып. 11.

8. Борисов В.А. Исследование и разработка технологического процесса разрезания крупногабаритных заготовок абразивными кругами большого диаметра. Кандидат, диссерт. - Одесса, 1981. - 268 с.

9. Борисов В.А. Технологические возможности использования новых абразивных отрезных кругов- Науч.-производ.сб. «Технология и организация производства». Киев, 1975, вып. 9. - С.35-36.

10. Борисов В.Я., Королев В.В. Тепловой баланс при абразивной резке металлов.-Науч.техн.реф.сб. «Абразивы», -М.НИИМАШ, 1971, вып.8.

11. Бутан М.А. Резка труб абразивным диском. М., 1969. Мин-во мор.фл.техн.упр.техн.инф.сер. «Судоремонт», №84/691.

12. Ваксер Д.Б. Пути повышения производительности абразивного инструмента при шлифовании. М.-.«Машиностроение», 1964.-124 с.

13. Васин С.А., Верещака А.С., Кушнер B.C. Резание материалов: Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании: Учеб. для техн. вузов. М.: Изд-во МГГУ им. Н.Э. Баумана, 2001. - 448 с.

14. Веселовский С.И. Разрезка материалов. -М.: «Машиностроение», 1973, 360 с.

15. Володько Г.Ф., Шилко Л.С. Влияние осциллирующего движения круга на процесс резания.-Науч.-техн.реф.сб. «Абразивы», 1978, вып. 10. С.3-6.

16. Володько Г. Ф., Шилко Л. С. Влияние охлаждения на процесс абразивной отрезки при скорости 80 м/с. // «Абразивы», 1980, вып. 8.

17. Вульф А.М. Резание металлов. М Л.:Машгиз, 1963. - 428 с.

18. Давиденко А.Н. Резка труб абразивными дисками. Владивосток, I960. (СНХ Приморского экон. адм. района ВТИ. Информ.листок И).

19. Дроздов Ф.Н., Лебедевич В.В. Рубежин B.C. Справочное пособие по отрезным станкам. Минск: «Белорусь», 1968. - 268 с.

20. Е. Салье, Р. Паулманн. Связи между абразивными процессами/Ин-т сверхтвердых материалов. N 5405 -Б.г. -25 е.: ил. Пер. ст. Salje Е., Paulmann R. Relations between abrasive processes из журн.: Annals of the CIRP. -1988. - Vol.37. -N 2. - P. 641-648.

21. Ермаков Ю.М., Степанов Ю.С. Современные тенденции развития абразивной обработки.— М., 1991. — 52 е., 25 ил. — (Машиностроит. пр-во. Сер. Технология и оборуд. обработки металлов резанием: Обзор. информ./ВНИИТЭМР. Вып. 3).

22. Жуваев Г.В., Сорокин В.К., Зимицкий Ю.Н., Резка неметаллических материалов алмазными кругами. М.: Машиностроение, 1988. - 80 с.

23. Завадский В.В., Мыздриков A.M., Панков Г.В. Температура разрезания при разрезке ленточных магнитопроводов абразивными дисками. Труды Уфимского авиац. института, 1968, вып. 11 .

24. Змиев Д.М., Мамет М.О., Подпазов С.С. и др. Анодно-механические отрезные станки.// Станки и инструмент, 1967. - вып. 9. - С.38-40.

25. Зубарев Ю.М., Приемышев А.В. Технические основы высокопроизводительного шлифования сталей и сплавов. —СПб.: Издательсгво С.-Петербургского университета, 1994. 220 с.

26. Кубрин И.Г., Медведюк Н.И. Резание металлов на станках и пилах: Учеб. пособие для индивидуальной и бригадной подготовки рабочих на производстве. М.: «Высш. Школа», 1966. - 162 с.

27. Кечек М.А. Анализ и оценка экономической эффективности абразивной резки. В сб. "Анализ и оценка техн.-экон. эффективности сельскохозяйственных машин", Ростов-на-Дону, Ростовск. ун-т, 1964.

28. Кечек М.А. Силовые зависимости при разрезании абразивно-отрезными кругами. В кн.: Вопросы технологии машиностроения. Ростов-на-Дону, Ростовск. ун-т, 1964.

29. Королев А.В. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке. Изд-во Саратовского университета, 1975. - 192 с.

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

31. Кривоухов В. А., Чубаров А. Д. Обработка резанием титановых сплавов. М.:«Машиностроение», 1989. - 183 с.

32. Курносов А. П., Карпова Н. А., Гажевалов В. И. Абразивная резка стальных заготовок, метод, рекоменд./ У р а л В НИИ АШ. -М.:ВНИИТЭМР. 1988. 32 с.

33. Курносов А.П., Котыбаев Н.И., Терехов А.С. Новые высокоэффективные абразивные отрезные круги. В тр. межд. конф. INTERGRIND'91- Л., 1991, - С. 80-82.

34. Маталин А.А. Качество поверхностей и эксплуатационные свойства деталей. М.: «Машгиз», 1956.

35. Нечаев А.С. Виброконтактные датчики размерного контроля деталей. Сб. трудов НИТТИАММАШ Челябинск, 1968.

36. Оробинский В.М. Абразивные методы обработки и их оптимизация: Монография. 2-е изд., перераб. и доп.-М.'.«Машиностроение», 2000.- 314 с.

37. Основы проектирования и технология изготовления абразивного и алмазного инструмента / Ю.М. Ковальчук, В.А. Букин, Б.А. Глаговский и др. под общей ред. Ю.М. Ковальчука. М.:«Машиностроение», 1984. - 288 с.

38. Попов С.А., Малевский Н.П., Терещенко JI.M. Алмазно-абразивная обработка металлов и твердых сплавов. -М.:«Машиностроение», 1977, 264 с.

39. Справочник. Электрофизические и электрохимические методы обработки. М.:НИИМАШ, 1972. - 56 с.

40. Справочник по технологии резания материалов, кн.2 / под ред. Г. Шпура, Т. Штеферле. Пер. с нем. под ред. Ю.И. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1985. - 688 с.

41. Сторожик А.Г., Лещенко Г.П. и др. Отрезка труб абразивными кругами. В кн: Технология производства, научная организация труда и управления. Науч.техн. реф. сб. 1968, вып. 4.

42. Суров С.П. Тепловые явления при разрезании абразивными кругами (дисками). Тр.УралВНИИАШ, вып.1. -Челябинск, Областное изд-во, 1968.

43. Суров С.П. Эффективность абразивных дисков на комбинации абразивных зерен различной крупности. Тр.УралВНИИАШ, вып.1, Челябинск, Областное изд-во, 1968.

44. Суров С.П., Борисов В.А. и Жабин И.Я. Абразивная резка кругами большого диаметра. Науч. -техн.реф. сб. "Абразивы", 1976 , вып. 3, С. 1-3.

45. Фудзитани X. Способы разрезки труднообрабатываемых материалов. «Кикай гидзюцу», 1969. т.17, вып. 5. С.77-80.

46. Шоу, Фермер, Накаяме. Механика операции разрезания абразивным инструментом. «Конструирование и технология машиностроения». М.:«Мир», 1967, вып.З.

47. Эшги С. Тепловые явления при абразивной отрезке. Часть 2. Функции, характеризующие разделение теплового потока и оптимальные условия отрезки. «Конструирование и технология машиностроения». -М.:«Мир», 1968, вып. 3.

48. В связи с этим на ММПП «Салют» остаются нерешенными задачи: выбора оптимальной характеристики абразивного круга, назначение оптимальных режимов резки различных материалов и обеспечение минимального расхода абразивного инструмента.

49. В данном отчете приводятся результаты сравнительных испытаний в цехах !, 9 и 38 партии отрезных кругов, предоставленных фирмой «Carborundum Electrite» и применяемых в настоящее время отрезных кругов производства ОАО «Лужский абразивный завод».

50. В графе «Характеристика» в скобках указаны индексы, которые соответствуют:7

51. Условия и результаты производственных испытаний.

52. Испытания отрезных кругов в цехах №1 и №9 и №38 на операции отрезки заготовок проводились в полном соответствии с требованиями применяемой технологии выполнения данной операции.

53. Результаты производственных испытаний отрезных кругов при обработкестали 16ХНВФМБ-Ш и стали 45.

54. Результаты испытаний отрезных кругов производства фирмы "CarboriHidam Electrite" и Лужского абразивного завода типоразмера 400x4x32 предоставленных характеристик при резке деталей из стали 16ХНВФМБ-Ш и стали 45 представлены в табл. 2.1.

55. Детали №650304051 из стали 45 032х25"'мм так же обрабатывались на абразивно-отрезном станке МФ822.