Введение к работе
Актуальность темы. Развитие машиностроения требует постоянного совершенствования операций окончательной обработки заготовок деталей машин, на которых формируются выходные качественные и эксплуатационные характеристики деталей. В большинстве случаев именно операции шлифования завершают длительный и трудоемкий процесс производства ответственных деталей. Результаты шлифовальных операций во многом определяют надежность и долговечность деталей машин и всего механизма в целом.
В настоящее время в машиностроении при изготовлении деталей машин всё большее применение находят различные сложнолегированные, высокопластичные стали и сплавы, например, нержавеющие стали, жаропрочные сплавы, обработка которых шлифованием традиционным абразивным инструментом представляет большие сложности и не позволяет получить требуемые качество и производительность процесса обработки. Применение стандартных кругов из сверхтвердого материала эльбор также не дает желаемых результатов.
Таким образом, разработка методов и средств повышения эффективности процесса шлифования кругами из эльбора представляет собой актуальную проблему, имеющую большое народно-хозяйственное значение.
Цель работы. Повышение эффективности процесса шлифования труднообрабатываемых материалов путем применения специальных крупнопористых кругов из эльбора, обеспечивающих уменьшение засаливания рабочей поверхности круга и более интенсивное охлаждение зоны контакта круга с обрабатываемой заготовкой.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Разработать и исследовать новые структуры шлифовальных кругов из эльбора, содержащие крупноразмерные поры.
2. Предложить критерий оценки размещения шлифовальной стружки в порах круга; разработать математическую модель для количественной оценки данного критерия. Выполнить расчеты для различных условий шлифования и характеристик кругов.
3. Разработать методику аналитического определения относительной проницаемости эльборовых кругов. Выполнить расчеты коэффициента относительной проницаемости для кругов новых структур.
4. Исследовать влияние новых структур эльборовых кругов на засаливание рабочей поверхности круга, а также на основные показатели процесса шлифования труднообрабатываемых материалов.
5. Выполнить испытания новых кругов в производственных условиях с внедрением в технологию шлифования высокоточных деталей.
Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе научных положений технологии машиностроения, теории резания и шлифования материалов, теории вероятностей и математической статистики, а также с использованием численно-аналитических методов математического анализа. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях с использованием аттестованной контрольно-измерительной аппаратуры, с применением метода планирования экспериментов, множественного регрессионного анализа и статистической обработки результатов исследований. Обработка экспериментальных данных и построение графиков производились на современных ПК с помощью стандартных и специально разработанных программ.
Научная новизна работы заключается в комплексном теоретико-экспериментальном исследовании влияния размеров пор на повышение работоспособности и эффективности применения кругов из эльбора. Для решения этих задач:
1. Разработана математическая модель, позволяющая рассчитать вероятность закрепления стружки в порах шлифовального круга.
2. Выполнено исследование размеров пор в эльборовых кругах новых структур. Обоснован нормальный закон распределения пор, определены числовые характеристики распределений для различных структур.
3. Разработана математическая модель для определения размера стружки при шлифовании. Аналитически и экспериментально определены размеры стружек при шлифовании труднообрабатываемых материалов.
4. Выполнено аналитическое исследование коэффициента относительной проницаемости для различных структур эльборовых кругов. Определены направления увеличения проницаемости с целью интенсификации подвода СОЖ в зону шлифования.
5. Выполнено экспериментальное исследование процесса шлифования труднообрабатываемых материалов эльборовыми кругами новых структур; результаты экспериментов подтвердили обоснованность аналитических исследований.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
-
Разработаны и внедрены в производство на Петербургском абразивном заводе «Ильич» эльборовые шлифовальные круги новых структур.
-
Результаты диссертационной работы внедрены на РУПП «Борисовский завод «Автогидроусилитель» (Белоруссия), ОАО «АВТОВАЗ» (Россия), апробированы с положительным результатом в отделении фирмы «Pratt and Whitney» (Великобритания) и в компании «Serma» (Италия). Они позволили существенно расширить область эффективного применения шлифовальных кругов из эльбора на керамической связке при изготовлении таких деталей, как винты пар качения, распределительные валы, червячные фрезы, долбяки и др.
-
Результаты работы используются в учебном процессе при изучении дисциплины «Технология машиностроения» в Санкт-Петербургском институте машиностроения.
Апробация работы. Основные результаты доложены и обсуждены на Всероссийской научно-технической конференции «Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений» (г. Рыбинск, 2009), конференции «Современные технологические направления в механообрабатывающем производстве» (г. Санкт-Петербург, 2008), научно-техническом семинаре «Новые применения инструмента из эльбора» (г. Санкт-Петербург, 2008), международном молодежном форуме «Будущее авиации за молодой Россией» (г. Жуковский, 2009), научно-технических семинарах кафедры «Технологии машиностроения» Санкт-Петербургского института машиностроения в 2007…2010 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, из них 3 – в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованных источников и приложений.
