Введение к работе
Актуальность исследования. Вопросы надежности приобретают все более высокую значимость в самых различных сферах человеческой деятельности. Особую ценность имеют решения проблем обеспечения надежности в промышленном производстве, где задача достижения требуемого качества изделий и производительности обработки сопряжена с ограниченностью ресурсов и необходимостью минимизации их затрат.
Известно много работ, посвященных обеспечению надёжности технологического оборудования и надёжности технологических процессов лезвийной обработки, однако отсутствуют работы по обеспечению и повышению надёжности технологических процессов обработки свободными абразивами. Понятия «надежность оборудования» и «надежность технологического процесса» не идентичны. Надежность технологического процесса - это его свойство обеспечивать изготовление продукции в заданном объеме, сохраняя во времени установленные требования к ее качеству.
При финишной обработке большой номенклатуры деталей хорошие результаты обеспечивает использование методов обработки в среде абразивных гранул. В настоящее время накоплен обширный промышленный опыт использования обработки в среде свободного абразива. Высокая производительность и широкие технологические возможности -это отличительная особенность центробежно-ротационной обработки (ЦРО). Обработка отличается простотой оборудования, его малой метало- и энергоемкостью, а также большой номенклатурой обрабатываемых деталей сложной конфигурации и возможностью решения различных технологических задач (шлифование, полирование, удаление заусенцев и облоя).
В данном диссертационном исследовании рассмотрена специфика . технологического процесса центробежно-ротационной обработки в среде абразива с точки зрения надежности, представлена методика принятия технологических решений и основы моделирования технологического процесса, а также представлена методика проектирования технологических процессов с учетом надежности.
Степень разработанности проблемы. Перед проведением исследований выполнен обзор работ в области центробежно-ротационнои обработки, обработки абразивными средами, надежности технологических процессов и оборудования, представленный работами Бабичева А.П., Тамаркина М.А., Рыжкина А.А., Проникова А.С., Трилисского В.О., Апполонова И.В., Андросова А.А., Григорьяна Г.Д., Дубровского П.В., Харченко И.В., Бикпавленовой Д.Р., Давыдовой И.В., Сиделевой А.И., и др.
Анализ работ вышеуказанных авторов показал, что результаты, полученные исследователями, недостаточно полно описывают процесс ЦРО в среде абразива и не дают оценку надежности технологического процесса при обработке абразивными средами. Большим препятствием при проектировании и внедрении техпроцессов для метода ЦРО является то, что неучтено влияние объема загрузки рабочей камеры, объема подаваемой смазочно-охлаждающей жидкости и частоты вращения ротора на интенсивность износа абразивных гранул, нет примеров расчета надежности ТП и влияния формирующихся отказов.
Целью работы является повышение надежности технологического процесса центробежно-ротационнои обработки в среде абразива с учетом исследования возникающих отказов, нарушения стабильности тороидально-винтового потока и интенсивности износа рабочей среды.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Определение технологических факторов, влияющих на надежность технологического процесса ЦРО в среде абразива;
-
Исследование процесса ЦРО как объекта управления, определение входных и выходных переменных, а также параметры, учитывающие условия реализации технологического процесса;
3. Исследование нарушения стабильного тороидально-
винтового потока;
4. Теоретические исследования показателей, влияющих на
количественную оценку надежности ТП ЦРО в среде абразива;
5. Исследование влияния объема подаваемой смазочно-
охлаждающей жидкости на интенсивность износа абразивных
гранул.
6. Определение влияния интенсивности износа абразивных
гранул на обеспечение качества обработки и стабильность
тороидально-винтового потока;
7. Уточнение теоретических моделей формирования
установившейся шероховатости поверхности и съема металла с
детали
8. Разработка методики проектирования технологических
процессов с учетом надежности.
Объектом исследования выступает технологический процесс центробежно-ротационной обработки в среде абразива.
Предметом исследования является обеспечение надежности технологического процесса, зависящей от режимов обработки и интенсивности износа абразивных гранул.
Методологической базой исследований является определение технологических закономерностей ЦРО на базе которых определяются основные показатели надежности технологического процесса (коэффициенты точности, смещения, мгновенного рассеивания, запаса точности).
Теоретической базой исследования являются
теоретические основы технологии машиностроения, теории надежности, абразивной обработки и теории трения и износа.
Эмпирическая база исследований - использование современных методов исследования съема металла, качества обработанной поверхности, свойств и износа абразивной среды.
Научные результаты, выносимые на зашиту:
диапазон сочетания технологических режимов, обеспечивающих образование устойчивого тороидально-винтового потока в среде абразива.
- основные закономерности влияния режимов обработки и
характеристик рабочих сред на количественную оценку
надежности
- зависимости влияния величины допуска параметров
поверхностного слоя обрабатываемой детали на надежность
технологического процесса при изменении объема загрузки
рабочей камеры, объема подаваемой смазочно-охлаждающей
жидкости, частоты вращения ротора.
- закономерности влияния технологических параметров обработки на интенсивность износа абразивных гранул.
Научная новизна результатов исследования. Получены зависимости, позволяющие определить влияние допуска параметров качества обрабатываемой поверхности на надежность технологического процесса центробежно-ротационной обработки в среде абразива. Определены и исследованы параметры, оказывающие влияние на количественную и качественную оценку надежности процесса ЦРО в среде абразива. Разработана модель процесса ЦРО в среде абразива, отличающаяся учетом основных положений надежности технологического процесса, определены входные и выходные параметры, а также параметры, характеризующие условия реализации технологии. Определено влияние объема подаваемой смазочно-охлаждающей жидкости на интенсивность износа абразивных гранул. Получены зависимости влияния режимов обработки и величины допуска на параметры качества на стабильность технологического процесса. Сформулированы технологические закономерности прогнозирования и обеспечения параметров качества поверхностного слоя при ЦРО в среде абразива с учетом надежности.
Теоретическая значимость работы заключается в создании комплекса теоретических моделей формирования показателей надежности технологического процесса центробежно-ротационной обработки в среде абразива для обеспечения достижения заданной величины и стабильности параметров качества обрабатываемых деталей.
Практическая значимость работы. Выявлены отказы технологического процесса ЦРО в среде абразива. Определены характеристики абразивных гранул, изготавливаемых малыми сериями и используемых при обработке. Установлен диапазон регулирования частоты вращения ротора и объема загрузки рабочей камеры, при которых образуется устойчивый тороидально-винтовой поток на станке ЦРС-7 в среде абразива различных характеристик. Установлено влияние режимов ЦРО на режущую способность абразивных гранул. Сформированы банки данных интенсивности износа абразивных гранул в зависимости от основных технологических параметров. Получены зависимости для определения времени и количества абразивных
гранул для пополнения массы загрузки рабочей камеры. Разработана методика проектирования технологических процессов с учетом надежности.
Соответствие диссертации паспорту научной
специальности. Диссертационная работа представляет собой, решение актуальной научно-технической задачи повышения надежности технологических процессов обработки в среде абразива. Содержание исследований соответствует специальности 05.02.08 «Технология машиностроения». Области исследования: №2 (технологические процессы операции, установы, позиции, технологические переходы и рабочие хода, обеспечивающие повышение качества изделий и снижение их себестоимости) и №5 (методы проектирования и оптимизации технологических процессов).
Апробация и реализация результатов исследовани.
Основные положения диссертации докладывались и обсуждались
на следующих конференциях и научных форумах:
«Прогрессивные технологические процессы в металлургии и
машиностроении. Экология и жизнеобеспечение.
Информационные технологии в промышленности и
образовании», г.Ростов н/Д, 2005 г., Международной научной
конференции молодых ученых, аспирантов и студентов
«Перспектива-2006», «Перспектива-2007», «Перспектива-2008»,
г.Нальчик, 2006-2008 гг., «Вопросы вибрационной технологии»,
г.Ростов н/Д, 2006 г., научно-технической конференции
«Эффективные технологические процессы в металлургии,
машиностроении и станкоинструментальной промышленности»,
г.Ростов н/Д, 2007г., 6-ой Международной научно-технической
конференции «Проблемы качества машин и их
конкурентоспособности», г.Брянск, 2008 г., научно-технической
конференции «Инновационные технологии в машиностроении»,
г.Ростов н/Д, 2008 г., 4-ой Международной научно-технической
конференции «Автоматизация и энергосбережение
машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования», г.Вологда, 2008 г., 5-ой Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные технологии в обучении и производстве», г.Камышин, 2008 г., Международной научно-технической конференции «Процессы абразивной обработки,
абразивные инструменты и материалы. Шлифабразив-2009», г.Волгоград, 2010 г.
На основании результатов проведенных исследований произведено внедрение разработанных технологических рекомендаций процесса обработки на ЗАО «САНТАРМ», г. Ростов-на-Дону.
Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано восемнадцать печатных работ, в том числе в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ, четыре публикации (общее число - 1,685 п.л., лично автором - 0,83 п.л.)
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 105 наименований, изложена на 186 страницах, содержит 24 таблиц, 64 рисунков. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертации, направленной на решение важной научно-технической задачи -повышение надежности "технологического процесса центробежно-ротационной обработки в среде абразива с учетом исследования основных причин отказов, нарушения стабильности тороидально-винтового потока и интенсивности износа рабочей среды.
