Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время процесс шлифования приобретает особую значимость. Предъявляются все более жесткие требования к производительности, стойкости инструмента. На кафедре ТОПМ ВИСТех в процессе многолетних исследований был накоплен опыт, позволяющий путем управления составом инструмента и технологией изготовления повышать эффективность его использования. Опираясь на собственный опыт, а также анализируя и оценивая результаты и перспективы исследований наших коллег из других российских и зарубежных НИИ, был сделан вывод, что улучшение свойств абразивного инструмента уже практически достигло предела своих возможностей и здесь начинают проявляться некоторые тенденции застоя. Последнее связано с тем, что оптимизация состава абразивных изделий осуществлялась, в основном, опираясь на эмпирические данные. При этом считалась неуправляемой форма зерна и воспринималась такой «как есть». Между тем каждое зерно имеет индивидуальную форму и, вследствие хаотического расположения в связке, обладает индивидуальными режущими свойствами, совокупность которых для всего ансамбля зерен на активной части абразивного круга определяет качество инструмента. Накопленный на сегодняшний день багаж знаний не позволяет выдать общие рекомендации по использованию формы зерна, его положения и ориентации в связке с целью повышения эффективности шлифования.
Необходимость более глубокого изучения влияния формы зерна отмечается в работах многих авторов. Геометрическая форма абразивных частиц и их ориентация в связке инструмента являются солидным, до сих пор неиспользованным запасом для повышения эксплуатационных характеристик шлифовального инструмента. Но воспользоваться им представляется возможным только после создания «фундамента» описывающего механизм взаимодействия абразивного зерна и обрабатываемого материала. К сожалению, этот актуальный вопрос до сих пор оставался неизученным.
Дальнейшее повышение эффективности абразивной обработки становится возможным только после разработки математического аппарата, позволяющего:
описать динамику процесса микрорезания;
описать влияние режимов обработки на процесс микрорезания;
описать механизм стружкообразования при шлифовании;
изучить влияние формы зерна на механизм взаимодействия с обрабатываемым материалом;
изучить влияние расположения зерна в связке на механизм взаимодействия с обрабатываемым материалом;
выработать рекомендации по повышению режущих характеристик абразивного инструмента путем использования формы и ориентации зерна.
Целью диссертационной работы является исследование влияния геометрических параметров абразивного зерна на процесс шлифования и получение рекомендаций по повышению эксплуатационных характеристик шлифовальных кругов путем использования геометрической формы зерна и его ориентации в связке.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
Построение математической модели, описывающей механизм взаимодействия абразивного зерна и обрабатываемого материала на микроуровне.
Построение схемы стружкообразования при высокоскоростном шлифовании.
Получение рекомендаций по увеличению количества абразивных зерен инструмента, осуществляющих резание.
Изучение влияния формы абразивного зерна и его ориентации в связке инструмента на параметры взаимодействия с обрабатываемым материалом при высокоскоростном шлифовании.
Методы исследования
Исследования выполнялись методами высшей математики, лучевой теории распространения и рассеяния волн, теории проникания. Вычисления в процессе исследований, а также численная и графическая обработка результатов, проводились на ЭВМ типа IBM PC AT с использованием математического аппарата прикладных программ. Методологическую и теоретическую основу составили труды Подильчука Ю.Н., Королева А.В., Филимонова Л.Н., Аптукова В.Н., Шумячера В.М., Маслова Е.А., и др.
Научная новизна работы
Разработана математическая модель, раскрывающая сущность процесса взаимодействия абразивного зерна и обрабатываемого материала. Модель построена на основе положений теории распространения и рассеяния волн. Выявлены геометрические параметры формы зерна, влияющие на эффективность стружкообразования.
Описан механизм стружкообразования при высокоскоростном шлифовании, представляющий собой вариант отвода энергии из зоны взаимодействия абразивного зерна и заготовки, и раскрывающий причины появления различных форм стружек.
Получены рекомендации по увеличению количества абразивных зерен инструмента, осуществляющих резание.
Разработаны рекомендации по ускорению начала процесса стружкообразования в течение единичного акта микрорезания для случая использования абразивного зерна в форме эллипсоида вращения.
Положения выносимые на защиту
Математическая модель взаимодействия абразивного зерна с обрабатываемым материалом при высокоскоростном шлифовании и результаты ее исследования с помощью ЭВМ.
Схема стружкообразования при высокоскоростном шлифовании.
Рекомендации по увеличению количества зерен на активной поверхности инструмента осуществляющих резание.
Результаты исследования влияния на начало процесса образования стружки формы зерна и его ориентации в связке при внедрении в обрабатываемый материал.
Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов подтверждается применением экспериментально подтвержденных научных теорий для математического моделирования процесса стружкообразования; ис-
пользованием апробированных средств для имитационного моделирования на ЭВМ полученных математических зависимостей; экспериментальным подтверждением полученных результатов при моделировании путем исследования в лабораторных и производственных условиях абразивных кругов с классифицированным по форме зерном.
Практическая ценность работы
На основе теоретических и экспериментальных исследований предложена схема стружкообразования при высокоскоростном шлифовании, и определены факторы, влияющие на начало съема металла в течение одного акта микрорезания. Получены рекомендации, позволяющие на стадии изготовления абразивного инструмента улучшать его эксплуатационные характеристики, оперируя параметрами «форма зерна», «ориентация зерна в связке» и «расположение зерна на активной части поверхности инструмента».
Апробация работы
Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных конференциях «Шлифабразив» (г. Волжский, 2000-2007 гг.), научно-технических семинарах кафедры «Технологии обработки и производства материалов» Волжского института строительства и технологий (филиала) Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета (ВИСТех (филиал) ВолгГАСУ). Работа в полном объеме была представлена на расширенном заседании кафедры «Конструирование и компьютерное моделирование технологического оборудования в машино- и приборостроении» Саратовский государственный технический университет и расширенном заседании кафедры «Технология машиностроения» Волгоградского государственного технического университета.
Публикации
По результатам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ, из них 2 в центральной Российской печати.
Структура и объём работы
Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы. Диссертация изложена на 167 страницах, иллюстрирована 70 рисунками. Список литературы включает 145 наименований.
