Введение к работе
Диссертация посвящена решению научно-технической задачи повышения эффективности технологических операций шлифования на основе прогнозирования изменения тепловыделения в контактной зоне заготовки и абразивного инструмента вследствие его изнашивания.
Актуальность темы. Качество продукции машиностроения в значительной степени обеспечивается на финишных операциях технологических процессов механической обработки. Наиболее распространенными финишными операциями являются разнообразные виды шлифования. Тепловые явления, сопровождающие процесс шлифования, оказывают существенное влияние на качество шлифованных поверхностей. На практике стремятся, чтобы процесс абразивной обработки не вызывал значительных структурно-фазовых изменений (прижогов) материала поверхностного слоя заготовки вследствие ее нагрева. Для назначения научно обоснованных режимов бесприжогового шлифования необходимо иметь представление о температурном поле в зоне обработки, которое претерпевает значительные изменения вследствие изнашивания шлифовального круга. Однако существующие математические модели прогнозирования тепловыделения при шлифовании не учитывают в должной мере изменение состояния рабочей поверхности инструмента в процессе его эксплуатации.
Для обеспечения заданных параметров качества детали очень важно точно определить момент, когда круг уже не может работать нормально и необходима его правка. В настоящее время нет достоверных расчетных методик, базирующихся на связи тепловыделения с износом инструмента и позволяющих, не прибегая к экспериментам, определить период стойкости шлифовального круга. На практике это приводит к появлению брака, если назначен завышенный период стойкости инструмента, или к повышению затрат на правку (которые как известно могут достигать 50...70% от себестоимости операций), если назначен неоправданно низкий период стойкости шлифовального круга. Не обоснованно частая правка инструментов приводит к повышенному расходу дорогостоящих шлифовальных кругов, правящих инструментов и ограничивает производительность операций шлифования. Все это в совокупности ведет к увеличению себестоимости изготовляемых деталей.
В этой связи повышение эффективности операций шлифования на основе прогнозирования тепловыделения в контактной зоне с учетом изнашивания абразивного инструмента является актуальной научно-технической задачей.
Целью работы является повышение качества деталей машин, подвергаемых шлифованию, на основе прогнозирования изменения тепловыделения в контактной зоне заготовки и абразивного инструмента вследствие его изнашивания.
Объектами исследования являются финишные технологические операции плоского, круглого наружного и внутреннего шлифования периферией круга.
Методика проведения исследований. Теоретические исследования проводились на базе современных представлений о процессе шлифования
металлов, теории теплопроводности, теории пластичности, теории математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики, методах дифференциального и интегрального исчислений. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных условиях на универсальных шлифовальных станках с применением современной контрольно-измерительной аппаратуры. Результаты экспериментов обрабатывались методами математической статистики с применением ЭВМ. Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана математическая модель тепловыделения в контактной зоне заготовки и шлифовального круга в процессе его эксплуатации, учитывающая структуру технологической операции шлифования, режимы шлифования, характеристики абразивного инструмента, изменение состояния рабочей поверхности абразивного инструмента вследствие изнашивания, режимы и условия правки, вероятностный характер формирования температурных импульсов в процессе абразивной обработки, изменение теплофизических свойств обрабатываемого материала в ходе его деформирования и нагрева при шлифовании, охлаждение заготовки СОТС;
разработана математическая модель для определения числа температурных импульсов в зоне обработки с учетом всех основных факторов процесса шлифования в течение всего периода стойкости абразивного инструмента;
выявлены зависимости комплексных параметров качества поверхностного слоя и единичных параметров качества, входящих в эти комплексы, от времени эксплуатации шлифовального круга после правки. На защиту выносятся:
-
Математическая модель прогнозирования тепловыделения в контактной зоне заготовки и шлифовального круга с учетом его изнашивания.
-
Математическая модель и программный модуль для определения числа и интенсивности температурных импульсов в зоне обработки с учетом изнашивания шлифовального круга.
-
Методика выбора рационального периода стойкости шлифовального круга, исходя из обеспечения комплексных параметров качества поверхности с учетом изменения тепловыделения в процессе обработки.
-
Алгоритмическое и программное обеспечение по оценке изменения температуры нагрева обрабатываемой поверхности заготовки с течением времени работы шлифовального круга после правки. Практическая значимость и реализация результатов работы. Практическую значимость работы составляют:
- методика выбора рационального периода стойкости шлифовального
круга, исходя из обеспечения комплексных параметров качества
поверхности с учетом тепловыделения в процессе обработки;
- методика, алгоритм и программный модуль для оценки изменения
температуры нагрева материала заготовки в ходе обработки и расчета
периода стойкости шлифовального круга по критерию отсутствия
прижогов на обрабатываемой поверхности.
Результаты выполненных исследований нашли применение на ООО «Центр технических средств профилактики и реабилитации инвалидов» (г. Брянск) при изготовлении отдельных деталей фрикционных подъемников.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции «Территория развития: образование, наука, инновации» (Брянск, 2006 г.); на международной научно-технической конференции «Менеджмент качества продукции и услуг» (Брянск, 2007 г.); на VII международной межвузовской научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов «Исследования и разработки в области машиностроения, энергетики и управления» (Гомель, 2007 г.); на 58-й научной конференции профессорско-преподавательского состава БГТУ (Брянск, 2007 г.); на 6-й международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» (Брянск, 2008 г).
Диссертация в полном объеме была доложена и одобрена на заседании кафедры «Триботехнология» ГОУВПО «БГТУ» (Брянск, 2008 г.), кафедры «Технология машиностроения» ГОУВПО «БГТУ» (Брянск, 2008 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Отдельные результаты исследований вошли в отчет по х/д НИР №1382 (ГОУВПО «БГТУ», 2007 г.)
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка использованной литературы из 127 наименований и приложений. Работа изложена на 196 страницах, содержит 57 рисунков и 18 таблиц.
