Введение к работе
Актуальность проблемы. Научно-технический прогресс, определивший в последнее время развитие многих областей технологии машиностроения, а известной мере, связан с важной ролью технологии отделочно-упрочняющей обработки В первую очередь это относится к финишным методам обработки, в процессе которых окончательно формируется поверхностный слой деталей, определяющий их эксплуатационные свойства. Процесс шлифования АИ с физической точки зрения весьма сложный, т.к. во взаимодействии с обрабатываемой поверхностью участвуют большое количество режущих элементов и возникает комплекс явлений: резание, поверхностно-пластическая деформация, трение, адгезионное взаимодействие, объемное разрушение и т.д. В связи с этим особую актуальность приобретает качество АИ и технология его изготовления, от которого зависит стабильность процессов шлифования и качество обработанных поверхностей. В настоящее время существует ряд рекомендаций и методик расчета основных показателей качества АИ, однако они не полностью охватывают весь комплекс проектирования АИ, технологию их изготовления, а также и вопросы работоспособности.
Важным направлением совершенствования этих процессов является применение новых абразивных материалов и инструментом с регулируемыми физико-механическими свойствами, к которым относится и получение абразивных материалов с использованием процессов горения - самораспространяющийся,, высокотемпературный синтез (СВС).
Развитие технологии абразивной обработки перспективно с использованием новых подходов, разработанных в смежных областях. Например, исследования, относящиеся к композиционным материалам.
Ряд разделов исследований выполнены в соответствие с координационным планом научно-исследовательских работ МНТК "Термосинтез" и Государственной научно-технической ассоциацией "Термосинтез", а также государственными комплексными научно-техническими программами "Порошковая металлургия" (г. Пермь), "Надежность* (НИИ ПНМС, г Самара).
Целью работы является разработка принципов построения системы проектирования и технологии изготовления АИ на базе комплексных теоретических и экспериментальных исследований закономерностей процессов формирования требуемого качества инструмента и способов его регулирования, в том числе СВС материалов.
Научная новизна работы заключается в решении крупной проблемы, имеющей народно-хозяйственное значение, состоящей в разработке теоретических основ проектирования АИ из новых абразивных материалов, определению эффективной обпасти их применения путем построения оптимизационных моделей.
Решение этой проблемы содержит:
1. Математическую модель АИ, с учетом разработок,решений, выполненных в области порошковой металлургии, которые связывают основные параметры инструмента с технологией их изготовления.
-
Физико-механическую модель АИ, учитывающая упругие константы компонентов и связность зерен о пор и реалистично описывающая поведение материала под нагрузкой
-
Статическую и кинематическую модели рабочей поверхности АИ с учетом режимов и условий правки, связывающего параметры структурной модели инструмента с кинематическими движениями при шлифовании.
-
Теоретические решения, учитывающие напряженное состояние инструмента в процессе термообработки, с целью повышения его прочности.
-
Проектирование оптимальных характеристик АИ и режимов правки объединяющая три взаимосвязанных подсистемы: оптимизации зернистости, пористости, структуры и оптимизация режимов обработки. На каждом этапе проектирования решаются
задачи обеспечения требуемых производительности и качества обработанной поверхности.
6. Новые технические решения, защищенные 1 патентом, 13 авторскими свидетельствами и S положительными решениями о выдачи, которые включают в себя способы абразивной обработки, конструкции и технологии изготовления АИ, а также методы управления качеством поверхности
Методологиям методы исследования. Общей методологической основой являетсч системный подход! заключающийся в поэтапном решении отдельных подсистем, их моделировании, описании и исследовании, а также установлении взаимосвязи между ними Теоретические исследования проводились на базе фундаментальных разработок в области технологии машиностроения, теории шлифования материалов, механики деформируемого твердого тела, теории упругости, гидродинамической теории смазки для краевых задач, теорий спекания веществ и закономерности вязкого течения, теории параметрической оптимизации, теории математического моделирования, теории формирования поверхностного слоя, с широким использованием численно-аналитических методов, методов вычислительной математики, математического анализа, теории вероятности и математической статистики.
Экспериментальные исследования проводились по стандартным и разработанным автором методикам в лабораторных и производственных условиях на современном оборудовании с применением методов дисперсионного и регресионного анализа. Работоспособность новых АИ исследовалась на высокоточном оборудовании и специальных установках с использованием современной контрольно-измерительной аппаратуры. Аналитические формулы преобразовывались в программы расчета для персонального компьютера типа IBM PC/AT.
Практическая ценность.
-
Разработана и теоретически обоснована технология СВС, которая обеспечивает получение широкого класса новых и более дешевых абразивных материалов, твердых растворов и различных композиций и отвечает современным требованиям по энергосбережению и экологической чистоте.
-
Разработана технология получения высококачественного шпифзерна и шлиф-порошков, а также различных абразивных инструментов (кругов, шлифовальных головок, брусков, сегментов, шкурок и паст, и т.д.). \
-
Разработан и внедрен новый способ упрочнения абразивных кругов за счет регулирования знака и величины термических остаточных напряжений.
-
Методика и прикладное программное обеспечение оптимизации рецепта приготовления АИ из СВС КР на керамических связках с улучшенными качественными характеристиками.
-
Методика проектирования АИ на керамических связках и последовательность расчетов оптимизационных блоков систем технических ограничений зернистости и количества режущих зерен, пористости и структуры, режимов и условий обработки.
-
Новые способы абразивной обработки и конструкции инструментов для обеспечения высокого качества обработанных поверхностей и расширения их технологических возможностей.
Реализация результатов работы.
Разработанные технологии и конструкции новых инструментов прошли широкую апробацию в производственных условиях и внедрены на Самарских ЗАО ЗПОН, АО 'Автомат", АО "Моторостроитель'', АО "Волгобурмаш", АО СЗТМ, Сызранских АО "Тяжмаш' АО "Нефтемаш", РТП Агропрома Самарской обпасти. Применение разработанных рекомендаций в промышленности повысило качество отечественного АИ, увеличило стойкость инструментов, снизило трудоемкость процессов наружного и внутреннего шлифо-
вания, хонингования, виброконтактного полирования, доводки и зачистки заусенцев. При этом качество обработки поверхности гарантировалось оптимизацией характеристик применяемого инструмента. Отдельные результаты работы использовались в учебном процессе при чтении курсов "Теоретические основы технологии машиностроения", "Математическое моделирование технологических процессов", при выполнении курсовых и дипломных проектов, выпускных работ бакалавров и магистерских диссертаций. Внедрение новых абразивных инструментов из СВС-материалов и технологий на предприятиях дало общий экономический эффект в объеме 215 млн. рублей.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и
обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах, в том числе республи
канских и международных: Самара (Куйбышев) -1986,1989,1990,1994,1995,1996; Пермь
-1981, 1992, 1993,1994; Ленинград -1.981^ Курган- 1986; Горький - 1989; Брянск- 1989;
Яссы (Румыния) -1989; Иркутск - 1989; Пенза -1991; Волгоград - 1993; Ростов-на-Дону-
1994; Минск (Белоруссия) -1994; Рыбинск - 19S4; Харьков (Украина) -1996; Сызрань -
1996; Казань-1996, Волжский-1997. .
Результаты работы экспонировались на постоянно действующих выставках в Сам-ГТУ, ВАЗ, ИСМАН (г. Черноголовка), на международных выставках Швейцарии, Испании, Чехии, Полыни, США, начиная с 1989 года и по настоящее время.
В полном объеме диссертация заслушана и, одобрена на совместном заседании кафедры "Инструментальные системы автоматизированного производства" машиностроительного факультета Самарского государственного технического университета.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 77 печатных забот, в том числе Ц монографии, 1 паггент, 13 авторских свидетельств и S решений о зыдаче патента. Во ВНТИЦ зарегистрировано 10 отчетов о научно-исследовательских заботах, выполненных по теме диссертации.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав^ выводов, спис-са литературы и приложений. Общий объем работы 452 страницы, в том числе 296 стра--іщ машинописного текста, 127 рисунков, 27 таблиц, 446 наименований литературы и 106 страниц приложений.
Похожие диссертации на Повышение эффективности и качества абразивных инструментов путем направленного регулирования их функциональных показателей
