Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса. цель и задачи исследования 8
1.1. Процессы глубинного шлифования; технологические особенности и условия обработки 8
1.2. Абразивный инструмент для глубинного шлифования 17
1.3. Области эффективного применения процессов глубинного шлифования 23
1.5. Цель и задачи работы 32
ГЛАВА 2. Кинематический фактор эффективности процесса глубинного шлифования 34
2.1 Кинематический анализ процесса шлифования 34
2.2 Особенности кинематики глубинного шлифования хвостовиков лопаток 2.4 Особенности кинематики глубинного шлифования зубчатых колес 57
2.5 Особенности кинематики глубинного шлифования фасонного режущего инструмента 64
2.6 Выводы 69
ГЛАВА 3. Технико-экономические показатели эффективности процесса глубинного шлифования 71
3.1 Разработка базовых технико-экономических показателей процесса глубинного шлифования 72
3.2 Технико-экономические показатели глубинного шлифования хвостовиков турбинных лопаток
3.4 Технико-экономические показатели профилирования зубчатых колес глубинным шлифованием 94
3.5 Технико-экономические показатели шлифования фасонного режущего инструмента 101
3.6. Выводы 107
Глава 4. Основные направления повышения эффективности процесса глубинного шлифования 109
4.1. Повышение эффективности процесса глубинного шлифования назначением его оптимальных кинематических параметров 109
4.2. Рекомендации по повышению эффективности процесса глубинного шлифования на основе анализа его технико-экономических показателей 116
4.3. Выводы 123
ГЛАВА 5. Результаты производственных испытаний и опыт промышленного применения процессов глубинного шлифования 124
5.1 Производственные испытания и внедрение новых-высокопористых шлифовальных кругов при профильном глубинном шлифовании хвостовиков турбинных лопаток 124
5.2. Производственные испытания высокопроизводительных и бездефектных технологий шлифования зубчатых колес новым абразивным инструментом повышенной пористости и структурности 134
5.3. Производственные испытания и внедрение бесприжоговой технологии профильного шлифования протяжек из быстрорежущей стали 144
5.4. Выводы 148
Общие выводы и результаты работы 150
Приложение
- Области эффективного применения процессов глубинного шлифования
- Особенности кинематики глубинного шлифования хвостовиков лопаток 2.4 Особенности кинематики глубинного шлифования зубчатых колес
- Технико-экономические показатели глубинного шлифования хвостовиков турбинных лопаток
- Рекомендации по повышению эффективности процесса глубинного шлифования на основе анализа его технико-экономических показателей
Введение к работе
Актуальность темы. В России и за рубежом активно внедряется в машиностроительное производство прогрессивный и высокопроизводительный процесс глубинного шлифования. Одним из основных преимуществ глубинного шлифования является то, что слой металла, удаляемый за один проход шлифовального круга, может составлять до 10 и более миллиметров при скорости перемещения детали от 40 до 500 и более мм/мин в зависимости от типа обрабатываемой детали, марки материала, глубины шлифования и требований, предъявляемых к качеству поверхностного слоя.
К настоящему времени достаточно хорошо изучен процесс глубинного шлифования высокопористыми кругами на скоростях в диапазоне 20...35 м/с. Разработаны теоретические модели процесса, подкрепленные математическими расчетами, необходимыми для назначения оптимальных характеристик абразивного инструмента, параметров режима шлифования и правки круга. В меньшей степени изучены теоретические основы глубинного шлифования с точки зрения эффективности его применения.
Под эффективностью процесса шлифования, понимается комплекс параметров, характеризующих различные его стороны. К таким параметрам обычно относят физические величины (силу, температуру, распределение тепловых потоков и т.д.) и технико-экономические показатели (время обработки, расход абразива и т.д.), по значениям которых можно судить о достоинствах и недостатках конкретного процесса шлифования.
Физические величины, присущие процессу глубинного шлифования, обусловлены кинематической схемой обработки, свойствами обрабатываемого материала и режущей способностью абразивного инструмента. Они предопределяют, в основном, термодинамическую напряженность в зоне резания, и, как следствие, показатели точности и качества обработки деталей.
Технико-экономические показатели процесса глубинного шлифования характеризуют его экономичность и в некоторой степени экологичность, исходя из затрат времени на обработку, энергии, расходу абразива и т.д. в зависимости от конкретных условий обработки.
В научно-исследовательском центре «Новые технологии и инструменты» МГТУ «Станкин» для шлифования деталей из труднообрабатываемых материалов разработан специальный высокопористый абразивный инструмент с номерами структуры до N=16 и выше, который изготавливается по оригинальной технологии с использованием в качестве порообразующего наполнителя невыгорающих алюмосиликатных микросфер. Применение такого абразивного инструмента, в том числе и для глубинного шлифования, позволяет существенно интенсифицировать процесс съема материала и заметно влиять на качество и экономичность обработки.
Однако задача рационального использования высокопроизводительного инструмента с целью повышения эффективности глубинного шлифования деталей различного назначения в зависимости от особенностей конкретной технологической схемы и условий обработки до сих пор не решена и остается актуальной для современного машиностроения.
В диссертационной работе на основе выполненных исследований и испытаний, проведенных в производственных условиях, а также обобщения известного опыта выявлены параметры кинематики глубинного шлифования, используемые для оценки действующих физических величин, и для оценки технико-экономических показателей процесса. Выполнен кинематический и технико-экономический анализ конкретных технологических процессов профильного глубинного шлифования хвостовиков турбинных лопаток из жаропрочных никелевых сплавов, цилиндрических зубчатых колес из закаленных высоколегированных сталей и фасонного режущего инструмента (на примере обработки длинномерной протяжки) из закаленной быстрорежущей стали. На основе выполненного кинематического и технико-экономического анализа предложены пути повышения эффективности процессов глубинного шлифования с применением высокопроизводительного инструмента.
Работы по тематике диссертации выполнялись, в том числе, при государственной финансовой поддержке в рамках ФЦП «Научные и научно- педагогические кадры инновационной России на 2009-2013г.г.» (Гос. контракт № П2482), госбюджетной темы 12-15/0706н, а также хозяйственным договорам с ФГУП «НПЦ газотурбостроения «Салют» и ОАО «Волжский абразивный завод».
Цель работы: Повышение эффективности глубинного шлифования деталей специальным абразивным инструментом с повышенной структурностью и пористостью, изготовленного с использованием невыгорающих алюмосиликатных микросфер, на основе совершенствования выбора параметров процесса обработки с учетом выявленных преимуществ глубинной схемы шлифования.
Для реализации поставленной цели в работе решались следующие задачи:
-
Разработка методики кинематического анализа процесса глубинного шлифования с использованием предложенных в работе показателей по площади мгновенного сечения удаляемого слоя материала, углу действия результирующей силы резания и отношения ее нормальной и тангенциальной составляющих.
-
Анализ кинематических особенностей процесса глубинного шлифования во взаимосвязи с формированием силы резания и ее распределения по составляющим.
-
Установление критериев принадлежности процесса шлифования к схеме глубинной обработки, при которых обеспечиваются благоприятные условия одновременного достижения высоких показателей производительности, работоспособности инструмента и качества шлифованной поверхности детали.
-
Разработка технико-экономических показателей процессов глубинного шлифования с непрерывной и циклической правкой абразивного инструмента.
-
Анализ производительности процесса, работоспособности инструмента, энергоемкости и экономичности при профильном глубинном шлифовании хвостовиков турбинных лопаток, зубчатых колес и фасонного режущего инструмента.
-
Сравнительная оценка эффективности процессов глубинного шлифования различных деталей и выявление путей повышения его эффективности.
-
Производственные испытания и внедрение результатов работы с использованием нового высокопроизводительного абразивного инструмента с повышенной структурностью и пористостью.
Методика исследований. Исследования, выполненные в работе, опирались на научные положения теории резания материалов, основ шлифования и проектирования абразивного инструмента. Достоверность полученных результатов подтверждается заводскими испытаниями и их внедрением в производство.
Научная новизна работы заключается в:
установленном влиянии кинематического параметра процесса шлифования в виде отношения глубины обработки к диаметру инструмента на величину угла действия вектора результирующей силы резания и характер ее распределения на нормальную и тангенциальную составляющие, действующие на срезаемый слой и обрабатываемую поверхность детали;
предложенных критериях глубинной схемы шлифования, при которых повышенные технико-экономические показатели процесса сочетаются с минимальным термодинамическим воздействием на поверхностный слой шлифуемой детали;
технико-экономических показателях процесса глубинного шлифования для оценки его эффективности в зависимости от использования непрерывной или циклической правки абразивного инструмента.
расчетной модели для определения экономичной величины непрерывной правки круга при глубинном шлифовании, которая предусматривает удаление рабочего слоя инструмента, равного глубине внедрения его режущих зерен в обрабатываемую поверхность детали в зависимости от принятых параметров режима обработки;
закономерностях влияния кинематических параметров глубинного шлифования на технико-экономические показатели процесса по производительности, работоспособности инструмента и удельной энергоемкости.
Практическая ценность результатов работы заключается в:
рекомендациях по выбору диаметра инструмента и параметров режима глубинного шлифования с учетом его кинематики для достижения повышенных технико-экономических показателей процесса и качества обработки хвостовиков турбинных лопаток, зубчатых колес и фасонного режущего инструмента;
внедрении результатов работы в технологические процессы профильного глубинного шлифования хвостовиков турбинных лопаток из жаропрочных никелевых сплавов, зубчатых колес и фасонного режущего инструмента из закаленных сталей новым высокопроизводительным инструментом с повышенной структурностью и пористостью.
Апробация работы: Основные положения работы были представлены на международных научно-практических конференциях «Достижения и перспективы естественных и технических наук» (г. Ставрополь), и «Техника и технология: новые перспективы развития» (г. Москва). Всероссийской молодежной научно- практической конференции с международным участием «Инженерная мысль машиностроения будущего» (г. Екатеринбург).
Диссертационная работа была доложена и обсуждена на совместном заседании кафедр «Высокоэффективные технологии обработки», «Технология машиностроения», «Инструментальная техника и технология формообразования» и научно-исследовательского центра «Новые технологии и инструменты» МГТУ «Станкин».
Публикации. По результатам работы опубликованы 8 статей, 3 из которых в изданиях из обязательного перечня ВАК РФ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы. Диссертационная работа изложена на 161 странице, содержит 34 рисунка, 22 таблицы, список используемой литературы из 86 наименований и приложения.
Области эффективного применения процессов глубинного шлифования
Отличительной особенностью кинематики процесса глубинного шлифования, как показывают исследования, является то, что по длине дуги контакта круга с деталью взаимодействие инструмента с материалом происходит в двух зонах: верхней и нижней. В верхней зоне осуществляется удаление основного припуска металла и развивается максимальная температура, поле которой, однако, смещено в область удаляемых слоев металла. В нижней зоне контакта окончательное качество поверхности формируется в близких к термоупрочнению условиях за счет нагрева под силовым воздействием абразивных зерен и интенсивного охлаждения смазочно-охлаждающей жидкостью, вводимой в зону резания. Увеличение длины дуги контакта и уменьшение толщины срезаемого слоя приводит к образованию длинных и тонких стружек. Несмотря на уменьшение доли активных режущих зерен на поверхности круга, нагрузки на единичное зерно уменьшаются, что препятствует самозатачиванию инструмента в процессе работы.
В работах [8, 37, 41, 75] показано, что при глубинном шлифовании жаропрочных сплавов вследствие выдавливания значительного количества металла под заднюю поверхность, то есть в направлении обратном сходу стружки, происходит увеличение отношений сил резания Py/Pz = 4,0...6,0 (глубинное шлифование); PY/ Pz= 1,5...3,0 (маятниковое шлифование). Таким образом, при выдавливании под заднюю поверхность части срезаемого слоя возникают большие нормальные силы, действующие по задней поверхности режущего выступа абразивного зерна. Вследствие развитой длины контакта шлифовального круга и детали при глубинном шлифовании в резании участвует значительно большее число зерен по сравнению с маятниковым шлифованием. Это обусловливает меньшую величину среза единичным зерном и обеспечивает, таким образом, получение малой величины микронеровностей поверхности, а также предопределяет небольшие нагрузки на режущие зерна. Но вместе с тем, вследствие большого числа контактирующих зерен суммарные силы резания при глубинном шлифовании в сравнении с маятниковым шлифованием значительно больше (до 10 и более раз), больше и тепловыде ление [8]. Одновременно при глубинном шлифовании образуется длинная и тонкая стружка, толщина которой не превышает 1...2 мкм. При маятниковом шлифовании она короткая и толстая. Это означает, что объем стружки, снимаемой абразивным зерном при глубинном шлифовании, значительно больше (вследствие увеличенной длины пути резания), чем при маятниковом. Малая толщина среза в совокупности с увеличенной длиной дуги резания и существенно большей продолжительностью контакта абразивного зерна с поверхностью детали является причиной интенсивного износа режущих кромок зерен путем их истирания, что накладывает требования к регламентированному по времени восстановлению режущей способности абразивного инструмента.
Глубинное шлифование осуществляется периферией круга на специальных плоскошлифовальных станках. При этом методе шлифования скорость заготовки Vd на 2-3 порядка меньше, а глубина обработки (глубина резания t) на 1-3 порядка больше, чем при обычном плоском шлифовании. Обработка заготовок производится в полуавтоматическом или автоматическом циклах на станках, обладающих повышенной жесткостью системы резания и мощностью главного привода от 15 до 50 кВт, что в 2-3 раза выше, чем при обычном плоском шлифовании на аналогичных станках.
Шлифование осуществляется кругами прямого типа с наружным диаметром 175 - 600 мм, высотой 8 - 200 мм, а в инструментальных блоках - высотой до 600 мм. Шлифуемые заготовки в зависимости от их формы и размеров, точностных параметров закрепляются на столе станка на магнитной плите или в специальных приспособлениях, позволяющих производить обработку одновременно нескольких заготовок. Станки для глубинного шлифования могут быть встроены в автоматические линии с применением робототехники, особенно при обработке заготовок в массовом производстве (автостроении, авиастроении и других отраслях). Для глубинного шлифования используются заготовки деталей, полученные способами точного литья, штамповки, а также после механической обработки. Процесс глубинного шлифования может выполняться с периодической или непрерывной правкой алмазными роликами (рис. 1.1 и 1.2). При периодической правке алмазный ролик может находиться на правящем устройстве, расположенном как на столе станка (рис. 1.1,а), так и над кругом (рис. 1.1,6). Современные станки с ЧПУ позволяют производить шлифование с непрерывной правкой шлифовального круга с одновременной компенсацией его износа (рис. 1.2,6) за счет сообщения шлифовальной бабке дополнительного движения на врезание. Это позволяет существенно повысить точность обработки при высокой производительности процесса.
Особенности кинематики глубинного шлифования хвостовиков лопаток 2.4 Особенности кинематики глубинного шлифования зубчатых колес
За время перемещения т на дуге контакта шлифовального круга, например, зернистостью F80 и 12 структуры теоретически может находиться 3,3 абразивных зерна на 1 мм контакта [62]. Если принять во внимание, что при глубинном шлифовании кругом диаметром 500 мм глубина обработки может варьироваться от 0,5 до 10 мм, то на расчетной длине контакта от 15,8 до 70,7 мм в работе резания участвует 52...219 зерен.
На основе представленной оценки двух предложенных кинематических схем можно сделать заключение, что для глубинного шлифования предпочтительней второй вариант. Его достоинство в том, что он учитывает реальный, то есть множественный характер взаимодействия большого числа режущих зерен инструмента с обрабатываемой поверхностью детали.
При маятниковом шлифовании на контактной рабочей поверхности круга в работе съема материала участвует зерен до 100 раз меньше, чем при глубинном шлифовании. Поэтому для шлифования с малыми глубинами обработки до 0,01 мм и продольной скорости детали до 20...30 м/мин и более приемлема кинематическая схема, показанная на рис. 2.1,а.
Из кинематического анализа следует, что при шлифовании площадь мгновенного сечения срезаемого слоя пропорциональна скорости продольного перемещения обрабатываемой детали V;i, глубине врезания t шлифовального круга и его диаметру D, и обратно пропорциональна скорости вращения инструмента VKp.
Величина угла действия силы резания ар возрастает с увеличением глубины t, но уменьшается при больших диаметрах шлифовальных кругов.
Из этого важного следствия вытекает, что в зависимости от отношения t/D вектор силы резания начинает перемещаться от нормали к обрабатываемой поверхности к линии, параллельной ей, то есть в направлении срезаемого слоя. Если принять во внимание, что котангенс угла действия силы резания (хр является по существу отношением двух ее составляющих - нормальной Ру и тангенциальной Pz Ру ctSap = у , (2.9) то появляется дополнительный параметр связи кинематики процесса шлифования с его динамикой.
Правомерность предложенных кинематических параметров для оценки эффективности процесса глубинного шлифования подтверждается экспериментально результатами прямых измерений контактной температуры и моделирования распределения тепловых потоков в зоне глубинного шлифования. Установлено [8], что с увеличением глубины шлифования при небольших скоростях детали максимальная температура на дуге контакта АА] (см. рис. 2.1,а) будет уменьшаться и смещаться от точки А при маятниковой схеме обработки к точке А і при глубинном шлифовании. При этом количество тепла с увеличением глубины шлифования, направляемое в срезаемый слой и уходящей со стружкой, возрастает пропорционально t. В то же время тепловой поток, поступающий в обрабатываемую деталь, увеличивается пропорционально vt .
Например, если глубина шлифования при глубинной обработке увеличится от 1 до 10 мм, то угол действия силы резания увеличится с 2,56 до 8,11 или в 3,16 раза. А распределение тепла в зоне обработки будет соответствовать отношению t:vt =10:3,16 или в пропорции 3,16 :
Отношение составляющих силы резания Ру/Рл с увеличением глубины шлифования уменьшается с 22,3 до 7,0 или в 3,18 раза. Вывод о том, что с увеличением глубины шлифования происходит перераспределение теплового потока в направлении срезаемого слоя, содержится в теплофизических исследованиях А.Н. Резникова, С.С. Силина, Д.Г. Евсеева, А.Н. Сальникова и др. Предложенный кинематический анализ дает возможность уточнить принадлежность конкретного процесса шлифования к схеме маятниковой или глубинной обработки. В настоящее время рекомендации, которые содержатся в известных публикациях, классифицируют процесс глубинного шлифования, например, как процесс с большой глубиной обработки при малой скорости относительного перемещения инструмента и обрабатываемой детали. В данном определении отсутствует конкретика, по которой можно установить уровень сочетания параметров режима шлифования наиболее эффективного его использования.
Рассмотрим в этой связи следствия, которые вытекают из приведенного кинематического анализа. Из схемы на рис. 2.1 следует, что предельной теоретической глубиной обработки может быть величина, равная t = D/2. Тогда в соответствии с формулами (2.6) и (2.8) предельно возможный угол действия силы резания составит 40,53...57,32 град при отношении t/D = 0,5.
Указанные условия шлифования будут наиболее благоприятными с точки зрения кинематики и динамики процесса съема материала шлифовальным кругом, но практически недостижимыми на сегодняшний день.
В реальности для условий маятникового шлифования отношение t/D равно 10"6... 10" при угле действия силы резания ар = 0,1... 1,2 град. При глубинном шлифовании отношение глубины обработки к диа-метру круга варьируется в диапазоне от 10" до 10"" и более с углом ар = 1,8... 12 град и более. Этот вариант сочетаний значений t/D и ар можно принять как критерий принадлежности процесса шлифования к схеме глубинной обработки. На рис. 2.2 в наглядном виде представлены результаты кинематического анализа для двух схем шлифования - маятниковой (t = 0,005 мм) и глубинной (t = 10 мм).
Технико-экономические показатели глубинного шлифования хвостовиков турбинных лопаток
Время обработки зубчатого колеса по варианту с двумя проходами шлифовального круга составило 39,7 мин, а по второму варианту с 5 проходами - 38 мин или на 4,5% меньше, то есть практически одинаково. Но с точки зрения физики процесса, учитывающей характер распределения нагрузки в зоне резания, двухпроходная схема профилирования зубчатого колеса более эффективна и предпочтительна для практики их изготовления, чем обработка по второму варианту.
Из проведенного кинематического анализа следует, что при двух-проходном шлифовании 80% времени обработки зубчатого колеса на первом проходе с глубиной 6 мм формируемая впадина между соседними зубьями испытывает давление в 2,1 раз меньше, чем при втором проходе с глубиной врезания круга, равной 0,75 мм.
На первом проходе угол действия силы резания в 2,8 раз больше, чем на втором проходе, то есть съем материала протекает при более благопри ятном распределении нагрузки, когда давление на срезаемый слой в 1,4 раз больше.
Если сравнить оба испытанных варианта профилирования зубчатого колеса между собой, то оказывается, что первый вариант двухпроходной обработки более эффективен и предпочтителен, чем второй.
Такой вывод обусловлен следующими причинами: - при втором варианте обработки процесс профильного шлифования на всем временном интервале протекает с углом действия силы резания всегда меньшим, чем при двухпроходном варианте; - на всех проходах второго варианта величина отношения Ру/Р7 менее благоприятна для формирования точной и качественной обработки зубчатого колеса; - второй вариант сопровождается нестабильным силовым воздействием на обрабатываемый материал детали: давление на срезаемый слой изменяется до 7,8 раз, а на дно впадины - почти до 2 раз; - только три прохода второго варианта обработки соответствуют критериям процесса глубинного шлифования и, следовательно, его кинематическим и динамическим преимуществам. В первом варианте оба прохода шлифовального круга относятся к технологической схеме глубинной обработки.
По этим причинам измеренная точность зубчатых колес, обработанных по первому варианту, была выше (4-4-4) и соответствовала заданным техническим требованиям, чем после второго варианта их профилирования (5-5-5).
Оценим еще некоторые следствия, вытекающие из результатов испытаний двух вариантов обработки и их кинематического анализа.
Первый проход первого варианта и второй - третий проходы второго варианта идентичны по производительности процесса шлифования, равной 20 мм3/мм-с, а также по площади мгновенного сечения удаляемого слоя материала. Но в первом случае, когда глубина врезания круга в 6 мм обес печивается скоростью продольного перемещения, равной 200 мм/мин, съем материала протекает более эффективно по величине угла действия силы резания (8,11 в отличие от 4,68), характеру ее распределения в зоне обработки (Py/Pz соответственно равен 7,01 и 12,21) и интенсивности нагружения шлифуемой поверхности (по величине Ру разница составляет 28... 65%).
Процесс шлифования является важнейшей формообразующей операцией в технологии производства фасонного режущего инструмента. От качества организации процесса шлифования зависит трудоемкость изготовления инструмента в целом, но главное - эффективность его последующей эксплуатации.
Характерным представителем указанного класса режущего инструмента являются протяжки с фасонным рабочим профилем, которые изготавливаются, как правило, из закаленных быстрорежущих сталей. Сложно-легированные и труднообрабатываемые легированные быстрорежущие стали марок Р6М5К5-МП, Р9М4К8-МП, Р12Ф2К5МЗ-МП и др., используемые в производстве протяжек, весьма чувствительны к термодинамическому воздействию. При их шлифовании всегда велик риск появления прижогов на обрабатываемых поверхностях и других структурно-фазовых изменений в поверхностном слое режущих лезвий инструмента, что приводит к снижению его работоспособности.
Проблема формирования поверхностного слоя рабочих поверхностей протяжки с минимально возможным изменением его структурного и субструктурного состояния актуальна также и для инструмента с упрочняющими износостойкими покрытиями. При таком варианте изготовления протяжки наличие дефектной поверхности режущих лезвий после шлифо вания становится заметным фактором снижения эффекта от применения покрытия.
Радикальным технологическим решением проблемы высокопроизводительного и качественного профильного шлифования фасонного инстру ч мента является применение шлифовальных кругов с повышенной режущей способностью на оптимальных параметрах режима обработки. Для бездефектного шлифования режущего инструмента из закаленных быстрорежущих сталей рекомендуется применение высокопористых кругов из электрокорунда белого. При использовании электрокорунда белого в качестве абразивного материала наибольшую эффективность обеспечивают высокопористые круги зернистостью F80...120, твердостью H...I и с номерами структуры 10 и 12 на керамической связке [62].
Высокопористые круги вследствие своего особого объемно-структурного строения способствуют обеспечению высокопроизводительной и бесприжоговой обработке рабочей части, что является залогом обеспечения требуемой стойкости и ресурса эксплуатации режущего инструмента. Но электрокорундовые круги при профильной обработке длинномерного фасонного инструмента, например протяжек, не всегда способны сохранять требуемую геометрическую точность по всей длине профиля. Поэтому для окончательного формообразования протяжек рекомендуется использовать шлифовальные круги из более износостойких абразивных материалов, например, из кубического нитрида бора (эльбора) на керами ,, ческой связке или микрокристаллического корунда [4, 13, 51, 62]. Применение высокопористых шлифовальных кругов на основе эль ч бора и микрокристаллического корунда позволило существенно расширить диапазон режимов шлифования как по глубине врезания инструмента, так и по скорости перемещения стола с обрабатываемой протяжкой.
Рекомендации по повышению эффективности процесса глубинного шлифования на основе анализа его технико-экономических показателей
В МГТУ «Станкин» по оригинальной технологической концепции проф. В.К. Старкова [61, 62] разработаны шлифовальные круги с повышенной структурностью и пористостью, в состав которых вместе с абразивными зернами, керамической связкой, клеящими добавками входят выгорающие (молотые фруктовые косточки) и невыгорающие (алюмосиликатные микросферы) порообразователи. Специально подобранные композиции из невыго-рающих и выгорающих компонент шлифовального круга обеспечивают необходимый для различных технологических целей диапазон характеристик по материалу абразива, его зернистости, твердости, номеру структуры, разрывной прочности и др.
В данном разделе рассматривается технико-экономическое обоснование 4-х вариантов глубинного шлифования кругами одного типоразмера, но различных характеристик, изготовленных на ОАО «Абразивный завод «Ильич» и ОАО «Волжский абразивный завод», а также на фирмах Tyrolit (Австрия) и CGW (Израиль). Указанные варианты в разделе 2.2 диссертации анализировались на эффективность с точки зрения их кинематики. Там же было установлено, что в зависимости от характеристики инструмента уровень оптимальных режимов глубинного шлифования может сильно разниться. Для высокопористого круга, разработанного в МГТУ «Станкин» и изготовленного на ОАО «Волжский абразивный завод», достигнутые выходные показатели процесса обработки оказались наилучшими.
Сравнительная оценка технико-экономических показателей процесса глубинного шлифования выполнялась по потребляемой мощности по проходам на различных режимах обработки и правки инструмента, по машинному времени операции, возможному количеству деталей, обработанных шлифовальным кругом до его полного износа, и стоимости затрат на абразив на операцию трехпроходного шлифования одной детали. Варианты обработки отличались между собой значениями скорости детали V/( по проходам круга и радиальной подачи правки Sp алмазным роликом. Каждый испытанный вариант отличался друг от друга машинным временем обработки тм и производительностью, равной QM. По производительности процесса изученные комбинации режимов шлифования и правки отличались между собой до 2,3 раз.
Теоретически возможное количество деталей, обрабатываемых двумя шлифовальными кругами при двухсторонней обработке до их полного износа рассчитывалось по формуле, преобразованной из (3.8): n:(l-Kn)D Для расчетов технико-экономических показателей операций глубинного шлифования были приняты следующие постоянные величины: D = 500 мм; KD = 0,75; ld = 30 мм, стоимость шлифовальных кругов завода «Ильич» -1700 руб., фирмы Tyrolit - 4600 руб., фирмы CGW - 4550 руб. и ОАО «Волжский абразивный завод» - 2000 руб.
Полученные расчетные данные технико-экономического анализа по 4 различным вариантам обработки приведены в табл. 3.3.
Среди 4 испытанных характеристик инструмента различных производителей шлифовальный круг 10-й структуры завода «Ильич» работоспособен только на наиболее низком режиме среди испытанных вариантов по производительности шлифования. При этом его ресурс существенно ограничен по количеству обрабатываемых деталей, несмотря на то, что затраты на обработку в 1,6 - 2 раза меньше, чем у зарубежных аналогов. В одинаковых условиях шлифования круги завода «Ильич» создают повышенную динамическую напряженность, чем высокопористый инструмент, изготовленный на ОАО «Волжский абразивный завод» (см. табл. 2.5).
Принципиальным достоинством высокоструктурного круга совместной разработки МГТУ «Станкин» и ОАО «Волжский абразивный завод» является возможность эффективной работы на более форсированном режиме глубинного шлифования, который в 2,3 раза превышает по производительности оптимальный режим шлифования кругом завода «Ильич», и почти на 40% -производительность оптимального режима обработки зарубежным инструментом. Затраты на абразив при этом снижаются до 2,5 раз по сравнению с обработкой кругом завода «Ильич» и более, чем в 5 раз относительно шлифования кругами фирм Tyrolit и CGW. Ресурс эксплуатации нового инструмента по количеству обработанных деталей возрастает в 3 раза (рис. 3.5).
