Введение к работе
Актуальность темы. В условиях рыночной экономики отношения в сфере производства выдвинули на первый план проблемы, связанные с выпуском конкурентоспособной продукции машиностроения. В свою очередь высокий уровень требований к современным конкурентоспособным машинам обусловил ряд задач, решение которых неразрывно связано с разработкой и широким применением новых эффективных технологических процессов и операций, современного высокопроизводительного оборудования и оснащения, обеспечивающих высокое качество и производительность обработки.
В первую очередь это относится к чистовым и отделочным методам обработки, в процессе которых окончательно формируется поверхностный слой деталей, определяющий их эксплуатационные свойства. В соответствии с конструктивными особенностями и техническими требованиями к плоским поверхностям деталей машин, высокопроизводительная финишная обработка их, в отличие от традиционных методов (периферийное и торцовое шлифование обычными и прерывистыми кругами), связана с применением схемы плоского торцового планетарного шлифования (ПТПШ).
Однако, до настоящего времени, отсутствуют исследования по прогнозированию и технологическому обеспечению геометрических и физико-механических показателей качества шлифованной поверхности методом ПТПШ. Не созданы и не исследованы модели процесса ПТПШ, которые бы определяли: формирование шероховатости шлифованной поверхности в зависимости от технологических условий обработки; формирование глубины дефектного поверхностного слоя шлифованной поверхности от условий выполнения операций; методику назначения параметров режима шлифования, обеспечивающих требуемые геометрические и физико-механические показатели качества шлифованной поверхности. Это не позволяет обоснованно управлять процессами ПТПШ с целью обеспечения заданного качества обработки при наивысшей ее производительности, а также изыскать пути интенсификации процессов и расширения их технологических возможностей.
Дальнейшее развитие технологии шлифования, повышение качества и производительности обработки возможно лишь на базе теории, описывающей основные закономерности функциональных характеристик процессов ПТПШ и их связи с формированием свойств поверхностного слоя деталей.
В связи с этим разработка путей повышения эффективности ПТПШ на основе прогнозирования и технологического обеспечения требуемых показателей качества поверхности деталей является актуальной научно-технической проблемой.
Цель работы. Разработка технологического обеспечения требуемых показателей качества поверхности деталей при чистовом ПТПШ.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
-
Исследованы кинематика формообразования и геометрические параметры зоны контакта при ПТПШ, разработаны методы их расчета в зависимости от технологических условий шлифования.
-
Исследованы основные контактные явления (силовые, тепловые) при ПТПШ, изучены основные закономерности этих явлений, получены аналитические выражения для их расчета.
-
Исследованы кинетика формирования шероховатости поверхности и глубина дефектного слоя при ПТПШ, получены аналитические выражения для их прогнозирования в зависимости от технологических условий шлифования.
-
Разработана методика выбора оптимальных параметров режима ПТПШ, обеспечивающих требуемую шероховатость поверхности и глубину дефектного слоя шлифуемых деталей.
-
Исследованы технологические возможности и производственная эффективность процесса ПТПШ.
Научная новизна работы. Совокупность полученных в диссертации научных результатов обеспечивает решение проблемы технологического обеспечения требуемых показателей качества поверхности деталей при ПТПШ. К ним можно отнести:
Математические модели для описания кинематики формообразования поверхности, геометрических параметров зоны контакта и основных контактных явлений (силовые, тепловые) в зоне резания при ПТПШ, учитывающие стандартизованные параметры характеристики абразивного инструмента, конструктивные параметры планетарной головки и технологические параметры режима шлифования.
Математические модели для прогнозирования шероховатости поверхности и глубины дефектного слоя при чистовом ПТПШ в зависимости от технологических условий шлифования.
Способ ПТПШ, позволяющий снизить шероховатость шлифованной поверхности.
Методика назначения оптимальных параметров режима ПТПШ, обеспечивающих требуемые показатели качества шлифованных поверхностей.
Методы исследований. Теоретические исследования проводились на базе научных основ технологии машиностроения, теории шлифования, теплофизики процесса резания, теории параметрической оптимизации, теории математического моделирования с широким использованием численно-аналитических методов аппарата математического анализа.
Экспериментальные исследования проводились на основе разработанных автором и стандартных методик в лабораторных и производственных условиях на современном оборудовании с применением методов математической статистики. Исследования проводились на модернизированных станках с использованием современной контрольно-измерительной аппаратуры. При аналитических исследованиях, расчетах, обработке экспериментальных данных использовался персональный компьютер.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
Разработаны карты качества шлифованной поверхности в зависимости от условий обработки, позволяющие назначать оптимальные параметры режима шлифования, обеспечивающие требуемую шероховатость поверхности и глубину дефектного слоя шлифуемых деталей. Эти параметры режима шлифования являются нормативными руководящими материалами для технолога при проектировании операций ПТПШ.
Предложены типовые технологии ПТПШ, регламентирующие нормативные режимы высокопроизводительной обработки при изготовлении элементов газотурбинных двигателей (ГТД), подпятников погружного электродвигателя и заточке режущего инструмента.
Разработанные на основе проведенных исследований рекомендации и технологическое оснащение внедрены в технологические операции шлифования на ОАО «ПМЗ», ЗАО «Новомет-Пермь» г. Пермь.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах, в том числе международных и республиканских (г.г. Волгоград – Волжский – 2009; г. Харьков-2009; г. Киев-2010; г. Ижевск – 2010), ежегодных конференциях ПГТУ (г. Пермь 2006 – 2010).
В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты», «Конструирование машин и сопротивление материалов» Пермского государственного технического университета в 2011 году.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 работы в изданиях по списку ВАК, патенте РФ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложения. Общий объем работы содержит 180 страниц, в том числе 136 машинописного текста, 75 рисунков, 5 таблиц, 128 наименований литературных источников.
