Введение к работе
Актуальность темы
Высокие требования, предъявляемые к точности и качеству деталей машин, а также применение труднообрабатываемых материалов в машиностроении привели к возрастанию удельного веса абразивной обработки в общем объеме механической обработки. Плоское торцовое шлифование является производительным и точным методом обработки поверхностей деталей, которое обеспечивает также высокое качество обработанного поверхностного слоя.
В промышленно развитых странах активно проводятся исследования процессов обработки крупнопористыми, высокопористыми, композиционными, импрегнированными, прерывистыми цельными и сборными абразивными кругами различных конструкций, позволяющими существенно расширить границы бездефектных режимов резания и повысить производительность процесса шлифования.
Между тем, исследования влияния дисбалансов на производительность плоского торцового шлифования не проводились, несмотря на то, что дисбаланс инструмента является одним из доминирующих факторов процесса. Это приводит к недоиспользованию потенциальных возможностей торцового шлифования.
Таким образом, изучение механизма формирования дисбалансов при плоском торцовом шлифовании, их влияния на производительность процесса и разработка путей ее повышения представляется актуальным.
Дискретные сборные торцовые шлифовальные круги содержат абразивные сегменты, которые изготавливать с высокой точностью, например, как детали из металлов и сплавов, весьма затруднительно, поэтому следует ожидать, что расширенные допуски на размеры сегментов станут причиной формирования дисбалансов шлифовальных кругов.
Кроме этого, на увеличение главного вектора дисбалансов DСТ влияют отходы шлифования, транспортируемые аэродинамическими потоками, генерируемыми быстровращающимся кругом, в верхнюю часть чаши, образованной нижним торцом корпуса и внутренними поверхностями абразивных сегментов.
Отходы шлифования (шлам) прочно сцепляются с инструментом и распределяются неравномерно относительно оси вращения круга, что вызывает большие по величине эксплуатационные дисбалансы.
Под действием инерционных центробежных сил шлам значительно уплотняется. С течением времени отходы шлифования, состоящие из элементов связки, измельченной металлической стружки, изношенных абразивных зерен, цементируются до такой степени, что для их удаления требуются затраты большого количества вспомогательного времени (от 1,25 до 1,50 часа), в течение которого высокопроизводительное шлифовальное оборудование простаивает, а производительность процесса обработки существенно снижается.
Цель работы - повышение производительности плоского торцового шлифования путем управляемого уменьшения величины дисбалансов инструмента.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- установить условия возникновения и значения технологических и эксплуатационных дисбалансов торцового сборного шлифовального круга;
- проанализировать механизм формирования главного вектора дисбаланса инструмента в процессе его подготовки к работе и эксплуатации;
- исследовать износ инструмента и съем металла при торцовом шлифовании уравновешенным и неуравновешенным инструментами и влияние дисбаланса на производительность технологической операции;
-провести экспериментальные исследования влияния неуравновешенности инструмента на стойкость абразивных сегментов и производительность процесса шлифования;
-разработать научно-обоснованные рекомендации по снижению дисбаланса инструмента и повышению производительности плоского торцового шлифования..
Методы исследования – фундаментальные положения технологии машиностроения, методы математического моделирования, балансировки вращающихся тел, теоретической механики, интегрального и дифференциального исчисления, а также теории планирования эксперимента и статистической обработки данных.
Автор защищает:
- математические зависимости, связывающие дисбалансы инструмента с допусками на абразивные сегменты сборного инструмента;
- математические зависимости, описывающие форму абразивного зерна, рандомизированного элементарного режущего профиля, колебания инструмента под действием внешней возмущающей нагрузки;
- математические модели влияния дисбаланса инструмента на износ режущих абразивных зерен, минутный съем металла и производительность технологической операции в целом;
- результаты экспериментальных исследований влияния неуравновешенности инструмента на стойкость абразивных сегментов и производительность плоского торцового шлифования;
- методику и компьютерную программу подбора абразивных сегментов в один комплект, одновременно устанавливаемый в инструмент, а также конструкции устройств, уменьшающих эксплуатационный дисбаланс без применения управляемых балансировочных устройств;
- научно-обоснованные рекомендации по управляемому снижению дисбаланса сборного шлифовального круга и повышению производительности процесса плоского торцового шлифования.
Научная новизна работы:
1) разработана теоретическая модель формирования главного вектора дисбалансов DСТ сборного торцешлифовального круга и его влияния на показатели производительности процесса обработки (скорость съема металла и расход абразива);
2) получены эмпирические модели влияния главного вектора дисбалансов DСТ
инструмента и режимов шлифования на производительность процесса плоского торцового шлифования и износ абразивных сегментов.
Практическая ценность работы:
1) получены научно-обоснованные рекомендации по управляемому снижению технологического и эксплуатационного дисбалансов торцового шлифовального круга и повышению производительности обработки (съема металла) и снижению расхода абразива;
2) разработано устройство для предотвращения эксплуатационного дисбаланса сборного торцешлифовального круга.
Результаты работы внедрены:
- на участке торцешлифовальных станков ОАО «Владимирский моторо–тракторный завод» и ООО «Касимовский механический завод №8»;
- в учебном процессе Владимирского государственного университета.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской научно-технической конференции «Автоматизация и
современные технологии изготовления, сборки, контроля и управления процессами в машиностроении и приборостроении», Ковров, 2008 г.; Международной научно-практической конференции «Наука и бизнес: пути развития», Тамбов, 2009 г.; ежегодных заседаниях кафедры «Технология машиностроения» и научно-техническом совете механико-технологического факультета Владимирского государственного университета в 2008–2010 годах.
Публикации
Основные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах, в том числе 2 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК, и 1 патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы и четырех приложений. Работа изложена на 172 страницах, содержит 52 рисунка и 4 таблицы, список литературы из 95 наименований.
