Введение к работе
Актуальность работы. Особое место в машиностроении занимает финишная обработка, позволяющая обеспечить требуемое качество изделий. Одним из наиболее распространенных финишных методов является шлифование, которое зачастую бывает единственно возможным вариантом достижения требуемых точности и шероховатости поверхностей.
Однако иногда после шлифования образуется дефектный слой в виде поверхностных прижогов и трещин из-за сил и температур, действующих в процессе обработки. Особенно большие проблемы возникают при плоском шлифовании материалов с повышенными физико-механическими свойствами.
К таким материалам в полной мере относятся коррозионно-стойкие, хромоникелевые стали аустенитного класса: типа 12Х25Н16Г7АР, 12Х18Н10Т, 20Х23Н18, ХН65МВТЮ и др. Шлифование указанных сталей сопровождается значительным выделением тепла в зоне резания, что приводит к дефектам и структурным изменениям обрабатываемого материала (микротрещины, вторичная закалка, отпуск и др.). Кроме того, шлифование существующими шлифовальными кругами сопровождается интенсивным засаливанием инструмента, что приводит либо к преждевременному выходу из строя алмазного инструмента, либо к необходимости частой правки. Это в свою очередь снижает производительность обработки и повышает ее себестоимость.
Несмотря на большое число работ, посвященных совершенствованию процесса шлифования указанных выше сталей существующим алмазным инструментом, вышеперечисленные проблемы остаются. Одним из путей их решения является более эффективное охлаждение и исключение засаливания инструмента за счет создания шлифовального круга специальной конструкции, который отвечал бы требованиям:
- минимизации теплонапряженности в процессе плоского шлифования и, как следствие, уходу от прижогов и других дефектов теплового характера;
- исключению засаливания и, как следствие, повышению надежности работы алмазного инструмента.
Этим требованиям мог бы отвечать алмазный круг для плоского шлифования с конусными отверстиями. Такое предположение основано на том, что скорость течения газа через коническое отверстие (подобие сопла Лаваля) может превышать скорость звука, т.е. с довольно большой вероятностью можно утверждать, что и при течении жидкости скорость потока будет довольно высокой, а это позволит эффективно удалять стружку и другие отходы с поверхности круга, предотвращая его засаливание. Кроме того, подача смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС) будет осуществляться непосредственно в зону резания, обеспечивая тем самым их максимальную эффективность. Однако для подтверждения данной гипотезы необходимо вначале теоретическое обоснование на базе решения тепловой задачи, а затем экспериментальная проверка и промышленная апробация.
В связи с этим совершенствование процесса плоского шлифования деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса, направленного на повышение качества обработанных поверхностей благодаря отсутствию тепловых дефектов, является актуальной задачей. Поэтому выполненная в работе разработка специального алмазного круга с конусными отверстиями на торце на основе решения тепловой задачи, позволяющего решить вышеперечисленные проблемы, подчеркивает актуальность темы диссертации. Кроме того, о востребованности работы говорит и грант, выигранный по программе УМНИК.
Целью работы являлось: повышение качества и производительности процесса плоского шлифования деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса благодаря использованию алмазных кругов с коническими отверстиями на торце
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- проверена гипотеза об эффективности использования алмазных кругов с коническими отверстиями на торце;
- решена тепловая задача для процесса плоского шлифования с теплообменом в зоне контакта алмазных зерен с обрабатываемым материалом;
- обоснована эффективность подачи СОТС в зону резания через конусные отверстия;
- разработана методика проектирования алмазных кругов с коническими отверстиями на рабочей поверхности;
- разработаны рекомендации по выбору режимов плоского шлифования деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса;
- проведена промышленная апробация алмазных кругов с коническими отверстиями при плоском шлифовании деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса.
Научная новизна работы заключается:
- в теоретическом и экспериментальном обосновании эффективности плоского шлифования деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса алмазными кругами с коническими отверстиями на торце;
- в аналитическом решении тепловой задачи для условий плоского шлифования алмазными кругами с коническими отверстиями на торце;
- в получении эмпирических зависимостей силы резания от режимов резания.
Методы исследования.
Теоретические исследования проводились на базе теории процесса шлифования, на основе образования тепловых процессов в зоне резания с теплообменом (по закону Ньютона-Рихмана), средств вычислительной техники, решения нелинейных дифференциальных уравнений с граничными условиями при помощи методов источников (метод Грина).
Экспериментальные исследования проводились с использованием методов планирования эксперимента на основе известных методик в лабораторных и производственных условиях на специально спроектированных и изготовленных установках. В экспериментальных исследованиях применялись разработанные автором алмазные шлифовальные круги с коническими отверстиями на торце, модернизированные станки, специальные станочные приспособления, контрольно-измерительные комплексы и персональные компьютеры.
Достоверность полученных результатов подтверждена сравнением расчетных и экспериментальных данных.
Практическая полезность работы заключается:
- в разработанной конструкции алмазных шлифовальных кругов с коническими отверстиями на торце;
- в разработанной методике проектирования алмазных шлифовальных кругов с коническими отверстиями на торце;
- в разработанной технологии плоского шлифования алмазными кругами с коническими отверстиями на торце;
- в эмпирических зависимостях для определения сил резания.
Реализация результатов работы. Разработанные конструкции шлифовальных алмазных кругов с коническими отверстиями на их торце и рекомендации по их применению внедрены на ООО «ЗНО «Техновек».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались в 2010г. и в 2011г. на республиканской выставке – сессии инновационных проектов в г. Ижевске (в 2010г. был получен диплом III степени, в 2011г. - диплом II степени), в 2011г. работа участвовала в республиканском конкурсе инновационных проектов по программе «УМНИК» (был выигран грант) 2011г. грант на проведение НИОКР в «Республиканском конкурсе инновационных проектов по программе УМНИК»; 2009-2011г. на научных семинарах кафедры «Производство Машин и Механизмов» ИжГТУ; 2011г. В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Производство машин и механизмов» ИжГТУ.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, включенных в перечень ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, пять глав, заключение, список литературы из 168 наименований, акты внедрения. Работа изложена на 157 листах машинописного текста, содержит 51 рисунок, и 2 таблицы.
