Введение к работе
Актуальность работы. Темпы развития технологии и оборудования в новом тысячелетии ставят насущные задачи поиска новых методов отделочно-зачистной обработки, обладающих высокой производительностью и широкими технологическими возможностями.
Одним из наиболее перспективных направлений является отделочно-зачистная обработка (ОЗО) деталей в центробежно-планетарных установках. (ЦПУ), отличающаяся высокой интенсивностью процесса за счет использования центробежных сил многократно превышающих силу тяжести, с закономерно изменяющимися параметрами силового поля.
Современное «рыночное» мироустройство требует от промышленности высокой гибкости технологических процессов в связи с большой номенклатурой изготавливаемых деталей и частой их сменой, поэтому новые машины, для обработки заготовок должны быть легко переналаживаемыми и охватывать широкий диапазон деталей. В связи с этим все большее применение находят процессы, не требующие изготовления специальных инструментов и приспособлений, для осуществления которых используются универсальные машины, позволяющие широко регулировать технологические параметры процесса.
К настоящему времени, предлагаемые математические модели съема металла и достигаемой шероховатости поверхности деталей при обработке в центробежно-планетарных установках, не позволяют осуществить прогнозирование без предварительного экспериментального определения множества коэффициентов.
Исходя из этого можно сделать вывод, что актуальной является задача создания установки реализующей центробежно-планетарное движение с вертикальным расположением оси вращения водила и наклоном осей вращения рабочих камер с широким диапазоном изменения технологических параметров обработки. А также создание полной математической модели процесса, описывающей все технологические параметры обработки.
Цель работы: оптимизация операции отделочно-зачистной обработки деталей в центробежно-планетарных устройствах за счет повышения производительности, при заданном уровне параметров точности и состоянии поверхностного слоя.
Задачи работы:
Установить кинематические закономерности процесса центробежно-планетарной обработки в зависимости от передаточного отношения между вращением рабочих камер и водилом; радиуса и частоты вращения водила; угла наклона осей вращения рабочих камер к оси вращения водила.
Разработать математическую модель процесса съема металла и формирования шероховатости поверхности в зависимости от конструктивных и технологических параметров обработки.
Спроектировать и изготовить экспериментальное ЦПУ, оси вращения камер которого описывают конусообразные траектории относительно оси вращения водила, позволяющее изменять конструктивные и технологические параметры в широком диапазоне.
Экспериментально оценить адекватность математической модели съема металла и шероховатости поверхности от изменения параметров обработки.
Обосновать схему рациональной конструкции ЦПУ и определить оптимальные режимы процесса отделочно-зачистной обработки в зависимости от заданных параметров точности и состояния поверхностного слоя.
Разработать типовые технологические процессы на детали-представители, применительно к изделиям ЗАО «СО АТЭ им. A.M. Мамонова».
Методы исследования.
Теоретические исследования базировались на фундаментальных положениях соответствующих разделов технологии машиностроения, теоретической механики, дифференциального и интегрального исчисления, математического моделирования, стандартных и специальных программ персонального компьютера. Экспериментальные исследования проводились на экспериментальной установке с использованием методов математического планирования экспериментов.
Научная новизна:
Разработана математическая модель процесса съема металла и формирования шероховатости поверхности, при обработке в центробежно-планетарных установках, оси вращения камер которого описывают конусообразные траектории относительно оси вращения водила, в зависимости от конструктивных и технологических параметров обработки и механических свойств обрабатываемых заготовок. Математическая модель не требует проведения дополнительных экспериментальных исследований для определения съема металла и параметра шероховатости поверхности Ra.
Получены оптимальные режимы центробежно-планетарной обработки различных материалов и групп заготовок для достижения заданной точности и параметра шероховатости поверхности деталей Ra.
Установлено, что цилиндрическая форма камеры с тороидальным днищем является оптимальной для центробежно-планетарной обработки. Обработку тонкостенных деталей рекомендуется осуществлять в камерах со сферическим днищем.
Автор защищает следующие основные положения:
Аналитические исследования, кинематических и технологических параметров обработки, позволяющие оптимизировать производительность процесса обработки при заданном уровне параметров точности и состояния поверхностного слоя.
Результаты экспериментальных исследований влияния конструктивных и технологических параметров центробежно-планетарной обработки на производительность процесса обработки и качество поверхностного слоя.
Математическую модель и реализующую ее программу для вычисления кинематических параметров центробежно-планетарной установки.
Математическую модель и реализующую ее программу для вычисления съема металла и формирования шероховатости поверхности для различных заготовок, абразивных материалов и режимов центробежно-планетарной обработки.
5. Две конструкции ЦПУ с осями вращения рабочих камер описывающими конусообразные траектории относительно оси вращения водила при движении по гипоциклоиде. Практическая ценность работы заключается:
1. Разработана конструкция ЦПУ, оси вращения камер которого описывают
конусообразные траектории относительно оси вращения водила,
обеспечивающая заданное качество поверхностного слоя обрабатываемых
деталей при повышении производительности на 42,5% по сравнению с
маятниковой вибромашиной.
2. Разработаны технологические и конструктивные режимы обработки
свободными абразивными средами в центробежно-планетарной установке для
получения требуемой шероховатости поверхности обрабатываемых деталей.
3. Результаты исследований апробированы в ЗАО «СО АТЭ им. A.M. Мамонова»
на мелких деталях малой жесткости массой 3-30 гр.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Международной научной конференции «Образование, наука, производство и управление в XXI веке», (Старый Оскол, 2007); региональной конференции «Молодые ученые - производству» (Старый Оскол, 2007); региональной конференции «Роль вузовской науки в обеспечении качества подготовки специалистов» (Губкин, 2008); Международной научно-технической конференции «Вибрационные машины и технологии» «Аналитическая модель кинематики технологической загрузки в центробежно-планетарных устройствах» (Курск, 2008) научных конференциях СТИ МИСиС, 2005 - 2008 гг.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе две в журналах, рекомендованных ВАК для публикации диссертационных исследований, Получено 2 патента на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 186 страниц, в том числе 68 иллюстрации, 14 таблиц и 31 страниц приложений. Список использованных литературных источников содержит 103 наименования.
