Введение к работе
Актуальность проблеммы. Для обеспечения высокой конкуренто- способности на мировом рынке отечественных автотракторных двигателей необходимо существенно повысить их надежность и ресурс работы. Весьма важными направлениями в решении этой проблемы являются повышение качества опор трения, технологическое обеспечение рациональной геометрической формы их рабочих поверхностей.
В работах В.М. Александрова, О.Ю. Давиденко, А.В. Королева, А.А. Королева, А.А. Лурье, А.В. Орлова, А.М. Чистякова и других убедительно показано, что придание рабочим поверхностям контактирующих деталей механизмов и машин рациональной геометрической формы позволяет существенно улучшить параметры упругого контакта и значительно повысить эксплуатационные свойства узлов трения. Этого можно достигнуть совершенствованием операций брусковой абразивной обработки.
Применяемые в автотракторном машиностроении технологии суперфиниширования, основанные на равномерном воздействии инструмента на обрабатываемую поверхность, не в состоянии устранить в должной мере погрешности геометрической формы. Поэтому весьма важным направлением в совершенствовании операций суперфиниширования деталей автотракторных двигателей является создание технологических процессов, позволяющих локализовать технологическое воздействие абразивного инструмента на обрабатываемую поверхность и обеспечить возможность избирательного ее воздействия на различные участки заготовки. Тем самым обеспечивается возможность более эффективно исправлять исходные погрешности формы заготовки и в более полной мере обеспечивать требуемое качество деталей.
Совершенствование такого сложного процесса, как процесс суперфиниширования, невозможно без осуществления его моделирования. При моделировании процесса суперфиниширования обычно используется кинематический подход, при котором анализируется траектория движения инструмента. Но ввиду действия множества факторов (характеристика бруска, износ, засаливание инструмента и др.) предлагаемые модели получаются громоздкими, при их построении вводится множество допущений, значимость которых бывает трудно оценить. Использование энергетического подхода позволяет построить более простые модели суперфинишной обработки и изучить более глубокие закономерности процесса.
Поэтому тема диссертации, направленная на совершенствование операций брусковой абразивной обработки деталей типа коленчатых валов на основе локализации энергетического взаимодействия инструмента и обрабатываемой поверхности, является актуальной.
Цель работы - совершенствование операций брусковой абразивной обработки деталей типа коленчатых валов на основе локализации энергетического взаимодействия инструмента и обрабатываемой поверхности, что позволяет повысить эффективность процесса и увеличить ресурс работы коленчатых валов.
Научная новизна работы заключается в создании математической модели энергетического взаимодействия рабочей поверхности инструмента и обрабатываемой поверхности при брусковой абразивной обработке.
Новыми научными результатами работы являются следующие:
1. Научное обоснование эффективности энергетического подхода к исследованию процесса брусковой абразивной обработки.
2. Математическая модель стохастического процесса разрушения связки инструмента под действием сил резания и энергии деформирования зерен.
3. Математическая модель процесса формирования единичных срезов на основе обоснования обобщенной траектории резания, отражающая связь основных параметров срезов с энергией перемещения абразивных зерен по обрабатываемой поверхности.
4. Математическая модель механизма энергетического взаимодействия инструмента и шероховатой поверхности заготовки, отражающая влияние энергии резания и засаливания инструмента на величину съема припуска, формирование профиля заготовки и микрорельефа ее поверхности.
5. Численное моделирование процесса суперфиниширования шеек коленчатых валов, результаты анализа влияния различных технологических факторов на основные показатели обработки.
6. Технология процесса остроугольного многобрускового суперфиниширования коренных и шатунных шеек коленчатых валов, результаты теоретического и экспериментального исследования рациональных условий осуществления процесса остроугольного многобрускового суперфиниширования.
7. Технология процесса суперфиниширования коренных и шатунных шеек коленчатых валов с криволинейной осцилляцией инструмента, результаты теоретического и экспериментального исследования рациональных условий осуществления этого процесса, обеспечивающих исправление погрешностей формы исходной заготовки.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
1.Предложены новые способы брусковой абразивной обработки коренных и шатунных шеек коленчатых валов, получено решение ФИПС о выдаче патента на изобретение по заявке (№2008109695/02(010485) от 11.03.08 г. «Способ чистовой обработки».
2.Разработаны методика, алгоритм и программа определения рациональных условий брусковой абразивной обработки шеек коленчатых валов.
3.Предложена технология брусковой абразивной обработки с остроугольной многобрусковой и криволинейной осцилляцией инструмента, обеспечивающая существенное исправление погрешностей формы деталей после операций шлифования и повышающей ресурс работы двигателей.
4.Разработана, изготовлена и внедрена инструментальная головка с изменяющимся углом осцилляции бруска.
5.Разработана, изготовлена и внедрена инструментальная головка, обеспечивающая криволинейную осцилляцию инструмента.
6.Результаты исследований внедрены на предприятии ТОО «Уральский механический завод», изготавливающем два типа коленчатых валов.
7.Материалы исследований используются в учебном процессе при чтении лекций по курсам: «Обработка металлов резанием», «Ремонт машин» и др., а также при подготовке аспирантами и магистрами кандидатских и магистерских работ.
Методы и средства исследования. Теоретические исследования выполнены на основе математического аппарата, теории вероятностей и математической статистики, методов математического анализа с учетом достижений теории абразивной обработки, технологии машиностроения, теории резания металлов. Для получения количественной оценки влияния технологических факторов обработки на параметры качества обрабатываемой поверхности применялось математическое моделирование на основе многофакторных планируемых экспериментов. Рациональные условия осуществления процессов определялись с помощью симплексного метода линейного программирования и с использованием программы МachCad .
Экспериментальные исследования новых способов брусковой абразивной обработки шеек коленчатых валов проводились в лабораторных и производственных условиях ТОО « Уральский механический завод». Отработка и производственные испытания предложенных технологий осуществлялось на суперфинишных полуавтоматах модели 3875КН19 с модернизированными разработанными автором инструментальными головками для остроугольного многобрускового суперфиниширования и суперфиниширования с криволинейной осцилляцией инструмента и с использованием современных средств измерения и контроля.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены 14 на международных и республиканских конференциях, в том числе: международной научно-практической конференции «Индустриально-инновационная политика: состояние и перспективы развития» (г. Орал, 2006 г.); межрегиональной выставке товаропроизводителей приграничных районов Казахстана и России (г.Уральск, 2006 г.); международной научной конференции «Наука и образование- ведущий фактор стратегии «Казахстан-2030» (г. Караганда, 2006 г.); международной научно-технической конференции «Машиностроение и техносфера ХХ1 века» (г. Донецк, 2007 г.); международной научной конференции молодых ученых « Наука и образование 2007», Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева (г. Астана, 2007 г.); международной практической конференции – выставке «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки» (г. Санкт-Петербург, 2006-2009 гг.); международной научно-практической конференции «Ресурсосберегающие технологии технического сервиса» (г.Уфа, 2007 г.); международной конференции, посвященной 95–летию со дня рождения профессора А.Б. Лурье, (г.Санкт-Петербург – Пушкин, 2008 г.); научно-практической конференции « Трибология – машиностроению», посвященная 70- летию Института машиноведения Российской Академии наук (г. Москва, 2008 г.).
В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на расширенном заседании кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета, на расширенном заседании совета машиностроительного факультета Западно-Казахстанского аграрно-технического университета имени Жангир хана, на расширенном заседании Ученого совета Западно-Казахстанского инженерно-технологического университета, на заседании НТС ТОО «Уральский механический завод», НТС «Западно-Казахстанская машиностроительная компания», НТС АО « Уральский завод Зенит», НТС АО « НИИ « Гидроприбор», НТС АО « НИИ микрографии», НТС АО « Омега», НТС АО «Уральскагрореммаш».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 46 печатных работ, из них 3 монографии, 2 учебных пособия, 13 статей, изданных в журналах, рекомендованных ВАК Российской Федерации, одно положительное решение о выдаче патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация содержит 486 с. ( в том числе 386 страниц текста, 140 рисунков, 49 таблиц). Работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка использованной литературы из 300 наименований и 16 приложений.
