Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 11
1.1.Влияние размера, формы и физико-механических свойств абразивных материалов на их шлифующую способность
1.1.1. Зернистость, форма и геометрия абразивного зерна 11
1.1.2. Прочность и износ зерен абразивных материалов 15 26 35
1.1.3. Связь прочности абразивного зерна с его шлифующими свойствами
1.2.0 связи формы абразивного зерна с эксплуатационными
показателями шлифовальных кругов
1.3.Методы и средства классификации абразивного зерна по размеру и по форме
1.3.1. Методы классификации по размеру частиц 3
1.3.2. Методы классификации по форме частиц 39
1.3.3. Обзор теоретических и экспериментальных работ по вибросепарации
1.4.3адачи исследования 50
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВИБРАЦИОННОЙ СЕПАРАЦИИ АБРАЗИВНОГО ЗЕРНА 52
2.1.Теоретические исследования классификации сыпучих материалов на вибрирующих поверхностях
2.1.1. Исходные уравнения движения частиц и их интегралы 54
2.1.2. Определение величины смещения возмущающего усилия - относительно центра тяжести вибродеки
2.1.3. Анализ картины распределения частиц на поверхности „ вибродеки
2.1.4. Определение набора значений реального параметра „ сепарации
2.1.5. Экспериментальные кривые изменения набора значений параметра вибросепарации в зависимости от количества материала, подаваемого на деку (производительности по исходному питанию)
2.1.6. Моделирование набора значений параметра вибросепарации
2.1.7. Траектории движения частиц при многослойном движении по вибрирующей поверхности с постоянным переменным углом вибрации
2.2.Математическое моделирование реального процесса вибросепарации
2.2.1. Модель распределения одной фракции по периметру деки 78
2.2.2. Математическая модель технологического процесса окончательной классификации шлифматериала по номерам зернистости
2.3.Автоматизированная система выбора технологических параметров промышленного виброклассификатора типа ВДК
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КЛАССИФИКАЦИИ АБРАЗИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ВИБРИРУЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЯХ С ПОСТОЯННЫМ И ПЕРЕМЕННЫМ УГЛОМ ВИБРАЦИИ 99
3.1 .Разработка методов и технологии классификации абразивных п материалов по размеру и форме частиц 106
3.1.1. Экспериментальные исследования процесса классификации абразивных материалов по размеру на виброплоскостях.
3.1.2. Влияние исходного состава смеси на выходные параметры t. -материала по сходам
3.1.3. Экспериментальные исследования процесса классификации абразивных материалов по форме на виброплоскостях.
3.1.4. Графическая оценка процесса классификации по форме. 132
3.1.5. Проверка степени влияния гранулометрических характеристик исходных проб на продукты классификации по форме.
3.1.6. Установление оптимальных производительностей по ., номерам зернистости карбида кремния черного.
3.2.Метод классификации по форме. 139
3.3.Возможные схемы классификации абразивных материалов по размеру и по форме
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ КРУГАМИ ИЗ КЛАССИФИЦИРОВАННОГО ПО ФОРМЕ АБРАЗИВНОГО ЗЕРНА 152
4.1.Влияние формы абразивного зерна на режущую способность шлифовальных кругов
4.2.Влияние формы абразивного зерна на интенсивность съема .,
металла
4.3.Влияние формы абразивного зерна на износ кругов 163
4.4. Результаты испытания шлифовальных кругов в , производственных условиях
4.5. Испытания шлифовальных шкурок, изготовленных из пластинчатого зерна
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 176
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 179
ПРИЛОЖЕНИЯ; 203
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 204
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 212
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 217
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 220
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 228
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 237
ПРИЛОЖЕНИЕ 7 2
Введение к работе
Актуальность темы.
Основные требования, предъявляемые к шлифовальным кругам, применяемым в инструментальном производстве, сводятся к обеспечению высокой стойкости. При этом инструмент должен обеспечивать требуемые параметры качества шлифуемой поверхности (минимальное снижение твердости, шероховатость, точность) при заданных режимах обработки. Этот вопрос, как известно, весьма сложный. Многообразие факторов, влияющих на качество инструмента, несовершенство методов оценки качества не позволяют в настоящее время дать обоснованную и гарантированную зависимость качества инструмента от тех или иных исходных данных.
Многие исследователи считают, что одним из важнейших факторов, влияющих на качество абразивных изделий, является уровень основной фракции абразивного зерна в изделии и форма зерна [10, 26,28,32,39,60, 62, 70,74,92,97,107, 129, 144,152,197,211,244,257,259].
В настоящее время в качестве абразивного материала при изготовлении абразивного инструмента применяют шлифовальное зерно, либо шлифовальные порошки из различных, главным образом, искусственных материалов. В общем виде абразивное зерно - это частица абразивного материала в виде монокристалла, поликристалла или их осколков.
Автором установлено, что зерна электрокорунда с одинаковым номером зернистости отличаются линейными размерами в 2-3 раза, массой в 3-5 раз, а периодом стойкости в 4-7 раз. Это вызывает разнопрочность рабочего слоя инструмента и его хаотичный износ.
Если условно форму частиц разделить на два класса: изометричные и неизометричные и за изометричные принимать частицы, имеющие соотношение геометрических размеров Uh 2 , где / - длина, а И- ширина или высота частицы, то, например, в электрокорунде белом среднезернистые фракции (от 200 до 800 мкм) содержат 50-65% изометричных частиц, а мелкозернистые (от 50 до 160 мкм) 25-45%. Подобная картина наблюдается и для других видов абразивных материалов.
Следует также отметить, что все изометричные частицы, удовлетворяющие условию l/h 2, по форме относительно близки друг к другу и имеют объемную фигуру, относительно близкую к кубической (шарообразной). Неизометричная часть материала представляет набор многообразных форм частиц: пластин, имеющих заметную толщину, тонких пластин, игольчатых и т.д. Очевидно, что механическая прочность частиц указанных форм и их режущая способность в инструменте будут значительно отличаться друг от друга. Учитывая сказанное, можно предположить, что реализация производителями абразивного инструмента с целенаправленным использованием для разных областей обработки материалов с разной формой зерна от изометричной до пластинчатой и игольчатой даст заметное улучшение эксплуатационных свойств абразивного инструмента на определенных операциях. А также позволит улучшить качество обрабатываемой поверхности.
Совершенно очевидно, что механические свойства абразивных зерен определяются их формой, распределением различных фаз, включений, трещин - всем, что входит в понятие структуры или строения материала.
Известно, что максимальная глубина микрорезания определяется прочностью зерна. Зерна с большей прочностью могут внедриться на большую глубину, что, в свою очередь, повышает производительность процесса. Зерна, имеющие одинаковую форму, как правило, если это не агрегат, имеют незначительно отличающуюся прочность, т.е. имеют однородную прочность. Равнопрочность любой структуры достигается равнопрочностью всех фаз, входящих в неё. Т.е. существует такое понятие, как формфактор - зависимость прочности (тела) от формы. Очевидно, что с точки зрения повышения производительности шлифования при условии обеспечения требуемого качества поверхности необходимо использовать абразивное зерно узкой фракции, имеющее минимальный разброс по прочности.
Таким образом, одним из перспективных путей повышения стойкости инструмента является использование абразивного зерна, классифицированного не только по размеру, но и по форме частиц.
Контроль формы зерна на стадии изготовления является существенным, не использованным до сих пор резервом повышения эксплуатационных характеристик шлифовального инструмента. Следовательно, оценка качества зерна не только по размеру, но и по форме может позволить «управлять» процессом шлифования.
Вопрос производства специального абразивного инструмента из зерен заданной формы может быть разрешен при условии наличия промышленного оборудования и технологии для классификации шлифматериалов по форме зерен.
Цель работы - повышение эффективности шлифования за счет применения инструмента из классифицированного по форме абразивного зерна путем совершенствования метода классификации абразивного материала по размеру и по форме частиц. Методы исследований:
Теоретические исследования выполнены с использованием научных основ технологии машиностроения, теории вибросепарации, математического аппарата теории вероятности и математической статистики. Экспериментальные исследования проводились в лабораторных и производственных условиях. При разработке программного обеспечения были применены методы структурного проектирования программных систем и объектно-ориентированного программирования. Научная новизна работы:
- Обоснованы научные принципы повышения эффективности ж шлифования специальным абразивным инструментом из зерен, классифицированных по форме. - Получены закономерности точного количественного расчета
- параметров виброклассификации.
- Получены уточненные, адаптированные к реальным процессам виброклассификации в промышленных масштабах, формулы для расчета траекторий движения частиц по поверхности деки.
- На основе объединения теоретических основ вибросепарации и эффектов, возникающих на деке в многослойном режиме, разработана математическая модель распределения по деке классификатора зерен фракций полидисперсной смеси в условиях многослойного движения, позволяющая обоснованно прогнозировать результаты процесса виброклассификации.
- Разработан и научно обоснован метод классификации абразивов не только по размеру зерен, но и по их форме для изготовления нового специального абразивного инструмента, для высокоэффективного шлифования.
Обоснование и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
- представительным объемом экспериментальных данных, полученных на стенде и в промышленных условиях;
- - применением апробированных методов и средств измерения;
- корректной математической обработкой экспериментальных данных;
- инженерным подходом к оценке методики настройки параметров виброклассификатора для получения абразивных материалов, классифицированных по размеру и по форме, используемых при изготовлении опытных шлифовальных кругов;
- испытанием экспериментальных шлифовальных кругов на промышленных предприятиях.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
- Внедрен метод классификации абразивного зерна как по размеру, так и по форме, который позволяет выделить группу зерен, обладающих большей прочностью и повышенным насыпным весом, т.е. упрочненное зерно изометричной формы для получения специального инструмента с заданными свойствами.
- Предложен алгоритм выбора параметров настройки виброклассификатора на основе математической модели реального процесса вибросепарации с целью получения шлифматериалов с заданным фракционным составом.
- Результатами производственных испытаний шлифовальных кругов, изготовленных из классифицированного зерна изометричной формы по разработанному методу, доказано, что по сравнению с обычными кругами, шероховатость обрабатываемой поверхности уменьшается в 1,25-1,7 раз. При этом стойкость инструмента возрастает в 1,5-2 раза, что подтверждено актами испытаний на предприятиях: ОАО «Волжский подшипниковый завод», ОАО«Волжский абразивный завод», ОАО «Энерготехмаш». Результаты исследования переданы для дальнейшего внедрения на ОАО «Волжский подшипниковый завод».
Научные положения, выносимые на защиту:
- классифицирование абразивного зерна только по параметру «зернистость» недостаточно для получения качественного шлифовального инструмента, так как в партиях одного номера зернистости содержатся зерна изометричной, промежуточной, пластинчатой, игольчатой форм, имеющие разные физико-механические свойства, поэтому требуется ввести дополнительно классификацию по форме зерен;
- результаты экспериментального исследования шлифовальных кругов на основе электрокорундовых зерен изометричной формы на обдирочных процессах с тяжелой переменной нагрузкой: экспериментальные круги, при прочих адекватных условиях, превосходят серийный инструмент по эксплуатационным характеристикам;
- математическая модель распределения по деке классификатора зерен фракций полидисперстной смеси в условиях многослойного движения;
- результаты испытаний, подтверждаемые актами испытаний на предприятиях: ОАО «Волжский подшипниковый завод», ОАО«Волжский абразивный завод», ОАО «Энерготехмаш» показали: по сравнению с обычными кругами, шероховатость обрабатываемой поверхности уменьшается в 1,25-1,7 раз, при этом стойкость инструмента возрастает в 1,5-2 раза. Результаты исследования переданы для дальнейшего внедрения на ОАО «Волжский подшипниковый завод».
