Введение к работе
Актуальность темы. Эксплуатационные характеристики изделий в значительной мере определяются технологическим процессом их изготовления. Характерной чертой современного этапа развития машиностроения является постановка и решение экстремальных задач по поиску оптимальных условий протекания технологических процессов при изменившихся критериях весомости параметров технологии изготовления деталей машин. Подобный рост исследовательского интереса к столь сложным задачам связан с ограниченностью природных, материальных и людских ресурсов, необходимостью жесткой экономии энергии и материалов.
Обработка деталей машин без использования смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) на сегодняшний день является одним из перспективных направлений перехода к экологически чистому производству. Внедрение новой технологии в отечественную промышленность позволит решить следующие проблемы:
- повысить экологическую безвредность производства: потери при утечках и выносе, эмиссия, промывочная вода и не в последнюю очередь утилизация отработанных СОЖ загрязняют почву, воду и воздух;
- улучшить условия труда, так как компоненты СОЖ, бактерициды и фунгициды, возникающие продукты реакций, а также занесенные инородные вещества вызывают заболевания;
- снизить пожароопасность, поскольку большинство СОЖ на основе масел имеет сравнительно малую температуру вспышки и могут привести к возгоранию оборудования;
- снизить затраты на закупку, хранение, транспортировку и утилизацию СОЖ.
Анализ зарубежной и отечественной литературы показывает, что обработка без СОЖ является наукоемкой проблемой, факторами влияния на результаты которой являются новейшие разработки в областях обрабатываемых материалов, оборудования, инструментов и их покрытий, условий обработки, специфических особенностей деталей и обработки. Актуальность исследований, направленных на решение этих задач, значительна как в практическом, так и методологическом плане совершенствования технологий, используемых на операциях механической обработки.
Процесс обработки поверхностным пластическим деформированием (ППД) с целью осуществления его без использования СОЖ имеет особенности, отличающие его от других процессов механической обработки. Он не имеет столь интенсивного тепловыделения и стружкообразования, как при резании или шлифовании. Для обеспечения стабильности технологии выглаживания без применения СОЖ актуальным является изучение влияния износа выглаживающего инструмента на шероховатость поверхности обработанной детали.
Целью работы является повышение эффективности обработки поверхностей выглаживанием широким самоустанавливающимся инструментом без использования СОЖ.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать математическую модель высокоэффективной технологии отделочно-упрочняющей обработки выглаживанием широким самоустанавливающимся инструментом без применения СОЖ.
-
Разработать необходимые алгоритмы при построении модели: решение контактной задачи, распределение тепловых потоков, моделирование поверхности с заданной микрогеометрией, алгоритм решения систем нелинейных уравнений.
-
Разработать технологию обработки поверхностей деталей поверхностным пластическим деформированием без использования СОЖ.
-
Разработать методику определения оптимальных параметров технологии выглаживания широким самоустанавливающимся инструментом.
-
Разработать методику оценки влияния износа выглаживающего инструмента на шероховатость обработанной поверхности.
Методика исследований. В работе использован комплексный подход к проблеме повышения эффективности технологии финишной обработки ППД без использования СОЖ. При проведении исследований использовались теоретические положения технологии машиностроения, физики твердого тела, механики деформируемого твердого тела, теории контактного взаимодействия и пакета прикладных методик, разработанных автором, и стандартных методик с использованием методов математической статистики, а также современных физических методов исследования материалов. Теоретические исследования и анализ экспериментальных данных проводились на ЭВМ с применением программы для инженерно-математических вычислений Matlab 6.1 и языка программирования Delphi 5.
Достоверность теоретических разработок и экспериментальных исследований, а также эффективность практических рекомендаций подтверждена результатом опытно-промышленной проверки и внедрением в производство разработанных технологических процессов.
Научная новизна работы:
Разработана математическая модель высокоэффективной технологии отделочно-упрочняющей обработки выглаживанием широким самоустанавливающимся инструментом без применения СОЖ.
Разработана технология обработки поверхностей деталей ППД без использования СОЖ.
Разработан алгоритм моделирования поверхности с заданными параметрами шероховатости.
Разработана энергетическая модель выглаживания с применением алгоритма решения систем нелинейных уравнений.
Исследовано влияние параметров и условий выглаживания широким самоустанавливающимся инструментом без СОЖ на качество поверхностного слоя деталей машин.
Разработан алгоритм применения разработанной методики определения количественной оценки степени износа широкого выглаживателя в виде комплекта программного обеспечения.
Практическая ценность и промышленная реализация результатов работы. В процессе работы разработаны и исследованы новые высокопроизводительные методы отделочно-упрочняющей обработки выглаживанием широким самоустанавливающимся инструментом без использования СОЖ. Разработаны и изготовлены опытные и промышленные устройства для отделочно-упрочняющей обработки. На основе опытно-экспериментальных данных разработана методика, реализованная в виде компьютерных программ, позволяющая на стадии проектирования технологического процесса оценивать стойкость инструмента из разных материалов при обработке деталей машин ППД без использования СОЖ.
Результаты работы внедрены в механосборочное производство ОАО «АВТОВАЗ».
На защиту выносится:
-
Математическая модель высокоэффективной технологии выглаживания широким самоустанавливающимся инструментом без применения СОЖ.
-
Технология обработки поверхностей деталей поверхностным пластическим деформированием без использования СОЖ.
-
Методика определения оптимальных параметров обработки выглаживанием широким самоустанавливающимся инструментом.
-
Алгоритм моделирования поверхности с заданной шероховатостью численным методом (ОФАП № 1906 от 29.04.2002). Алгоритм решения систем нелинейных уравнений технологических систем численным методом (ОФАП № 3344 от 30.04.2004).
-
Методика оценки стойкости выглаживающего инструмента в лабораторных и производственных условиях.
-
Методика количественной оценки износа широкого выглаживателя.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Технология и оборудование современного машиностроения» (г. Уфа, УГАТУ, 2000), XXVII Самарской областной студенческой научной конференции (г. Самара, СамГТУ, 2001), VI Международной научно-технической конференции «Динамика технологических систем» (Ростов-на-Дону, ДГТУ, 2001), Международной научно-технической конференции «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов» (г. Тольятти, ТГУ, 2003), Всероссийской научно-технической конференции «Современные тенденции развития автомобилестроения в России» (г. Тольятти, ТГУ, 2004), Международной научной конференции «XXX Гагаринские чтения» (г. Москва, МАТИ-РГТУ, 2004 г.), XVI Международной Интернет-конференции молодых ученых и студентов по проблемам машиноведения (г. Москва, Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН, 2005), Первом международном экологическом конгрессе (Третьей международной научно-технической конференции) «Экология и безопасность жизнедеятельности промышленно-транспортных комплексов», ELPIT-2007.
Публикации. По результатам работы опубликовано 16 статей, две из которых в изданиях, рекомендованных ВАК; зарегистрировано 2 алгоритма в Отраслевом фонде алгоритмов и программ; получено положительное решение о выдаче патента на изобретение.
Работа выполнена на кафедре «Механика и инженерная защита окружающей среды» Тольяттинского государственного университета при поддержке гранта А03-3.18-553 (отчет «Теоретические основы безсожевой обработки поверхностей деталей машин поверхностным пластическим деформированием», номер гос. регистрации 01.0.40 001565) и при поддержке гранта РФФИ 08-08-99137 «Разработка технологии обработки поверхности деталей машин без использования смазочно-охлаждающей жидкости».
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и рекомендаций по работе. Диссертационная работа изложена на 148 страницах машинописного текста, содержит 76 рисунков, 11 таблиц, список используемой литературы из 122 наименований и приложения.
Похожие диссертации на Повышение эффективности технологии выглаживания широким самоустанавливающимся инструментом без смазочно-охлаждающей жидкости
