Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы как в мировой, так и в отечественной экономике отчетливо проявляется тенденция значительного удорожания природных материальных и энергетических ресурсов. Вследствие технических, экономических и организационных изменений на производственных предприятиях возникает необходимость в соблюдении все более высоких требований по производительности, экономичности и гибкости производственных систем. Поэтому одной из основных задач, стоящих перед машиностроением, является ускоренный переход к ресурсо- и энергосберегающим, малоотходным и безотходным технологиям. Эффективное направление решения этой задачи в металлообрабатывающем производстве – значительное повышение коэффициента использования металла путем максимального приближения заготовки по форме и размерам к готовой детали. В мировой технической науке исследователи и технологи уже много лет пытаются решить сложную техническую проблему – создание полых тел качения сферической формы, имеющих меньшую, чем сплошные шарики, массу, но конкурентоспособных с ними по техническим характеристикам. Использование таких изделий в подшипниках качения позволяет значительно снизить давление на наружные кольца подшипников при высокой частоте их вращения и, тем самым, повысить их надежность, долговечность и ресурс эксплуатации. Кроме того, использование подшипников с уменьшенной массой очень актуально для применения в авиационной и космической технике, где идет борьба за снижение взлетного веса летательного аппарата. Помимо этого, замена сплошных шариков на полые в подшипниках качения при выпускаемых программах позволит значительно снизить металлоемкость производства, сократить время изготовления подшипниковых узлов, а значит, и снизить потребление всех видов используемой энергии, уменьшить основную и дополнительную заработную плату, амортизационные и накладные расходы и еще целый ряд связанных с этим затрат, т.е. позволит адекватно отреагировать на изменяющуюся конъюнктуру рынка. Поэтому работа по созданию теоретических основ в области исследования и создания принципиально новых объектов, вектор которой лежит в плоскости требований современности – перехода на малозатратные технологии, особенно актуальна на современном этапе развития науки.
Целью работы является повышение эффективности и качества изготовления полых тонкостенных шаров в условиях серийного производства.
Методы и средства исследований. Теоретические исследования процесса формообразования сферической поверхности полых шариков осуществлялись с использованием положений, принципов и методов, принятых в технологии машиностроения, теории резания, теории трения и математической статистике, методов моделирования на ЭВМ. В экспериментальных исследованиях использовались методики планирования экспериментов и обработки статистических данных, полученных в результате проведения экспериментов в реальных производственных условиях.
Научная новизна работы:
1. Исследована и обоснована теоретическая схема бесцентрового шлифования полых шаров кругами с дискретной поверхностью, позволяющая повысить производительность их обработки напроход.
2. Обосновано оптимальное сочетание параметров рабочей зоны и режимов обработки на основе исследования механизма формообразования сферической поверхности при бесцентровом шлифовании шаров.
3. Разработана математическая модель формирования геометрических параметров наружной сферической поверхности полого шара бесцентровым шлифованием с учетом кинематических, динамических и стохастических факторов технологического процесса.
4. Получены регрессионные зависимости геометрических параметров наружной сферической поверхности полого шара от основных наладочных параметров технологической системы при бесцентровом шлифовании полых шаров, адекватно отражающие разработанную математическую модель и обеспечивающие оптимизацию условий обработки.
Практическая ценность и реализация работы:
разработано технологическое оснащение для осуществления нового способа бесцентрового шлифования полых шаров в условиях мелкосерийного производства на серийном станочном оборудовании;
определены рациональные наладочные параметры рабочей зоны бесцентрово-шлифовального оборудования и режимы резания для обеспечения эффективной и качественной обработки полых шаров;
разработаны практические рекомендации для производственных предприятий по использованию нового способа бесцентрового шлифования полых шаров в условиях мелкосерийного производства с использованием штатного серийного оборудования.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО СГТУ имени Гагарина Ю.А. при изучении курса «Технология машиностроения», а также в виде методических указаний для выполнения научно-производственной работы студентами 4-го и 5-го курсов.
Обоснованность и достоверность полученных теоретических и экспериментальных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается производственными испытаниями способа и установки для бесцентрового шлифования полых шаров с использованием современных методов рационального планирования экспериментов и обработки экспериментальных данных, а также показателями эффективности использования разработанной технологической операции.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 8 научных конференциях различного уровня, в том числе на 7 международных конференциях: «Технология-2010» (Орел, 2010); «Фундаментальные и прикладные проблемы машиностроения» (Псков, 2009); «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2010); «Технологическое обеспечение качества машин и приборов» (Пенза, 2011); «Наука, образование, общество: тенденции и перспективы» (Москва. 2013).
Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 12 статей, из которых 4 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 – в зарубежном издании из базы данных Scopus, получен 1 патент РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы из 103 наименований. Диссертационная работа изложена на 122 страницах, содержит 4 таблицы, 43 рисунка.
