Введение к работе
Актуальность темы. Одной из основных тенденций развития техноло-ии шлифования, особенно в крупносерийном и массовом производстве, явля-тся совмещение во времени обработки нескольких поверхностей заготовки в гремлении обработать всю заготовку за один её установ. Совмещённое шли-ювание нескольких поверхностей заготовки обеспечивает высокую точность х взаимного положения, существенное повышение производительности, сни-сение себестоимости деталей, сокращение количества используемого оборудо-ания, производственных площадей и обслуживающего персонала.
Вследствие большой площади контактного взаимодействия шлифоваль-юго круга (кругов) с поверхностью заготовки процессы совмещённого шлифо-іания отличаются интенсивным и неравномерным по зоне контакта теплообра-ованием. При этом наиболее теплонапряжённым участкам зоны контакта, как іравило, соответствуют рабочие поверхности круга (кругов) с большей степе-шю и темпом засаливания и износа абразивных зёрен, а период стойкости шшфовального круга на операциях совмещённого шлифования часто лимити-)уется появлением нрижогов и микротрещин лишь на одной из одноврсмешго збрабатываемых поверхностей заготовки. Необходимость в частой правке кру-~ов для восстановления их работоспособности на "лимитирующих" поверхностях прігеодит к повышенному расходу дорогостоящих шлифовальных кругов и травящих инструментов, а также ограничивает производительность совмещённого шлифования.
Радикальным средством снижения теплосиловой напряжённости в контактных зонах шлифования, обеспечивающим возможность увеличения производительности обработки, периода стойкости абразивного инструмента и оказывающим позитивное влияние на формирование качества поверхностного слоя шлифованных деталей, является применение высокоэффективных смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и совершенствование техники их подачи в зону обработки.
Учитывая изложенное, важным резервом совершенствования технологии совмещённого шлифования заготовок является термостабилизация зоны обработки за счёт увеличения расхода СОЖ через наиболее теплонапряжённые ("лимитирующие") участки. Поэтому тема работы, направленная на реализацию этого резерва, является актуальной.
Работа выполнена в рамках госбюджетной программы министерства образования РФ ПТ 451.3 "Разработка и исследование новых малоотходных технологических методов повышения работоспособности инструмента для меха-нігческой обработки деталей автомобиля".
4 Автор защищает: 1. Результаты теоретико-экспериментальных исследований - математическую модель теплового взаимодействия шлифовального круга и заготовки при совмещённом шлифовании с учётом влияния СОЖ и параметров техники её подачи.
-
Результаты теоретико-экспериментального исследования фильтрации СОЖ в поровом пространстве шлифовального круга под действием ультразвуковых колебаний (УЗК).
-
Результаты математического моделирования трёхмерных температурных полей в шлифовальном круге и заготовке при совмещённом торцекруглом и двухкруговом шлифовании ступенчатых валов с подачей СОЖ разными способами. Рекомендации по термостабилизации процессов совмещённого шлифования заготовок путём применения новых ультразвуковых (УЗ) устройств подачи СОЖ
-
Результаты исследования технологической эффективности новой УЗ техники подачи СОЖ с амплитудно-модулированным (ЛМ) сигналом в зоны совмещённого шлифования заготовок и непрерывной правки шлифовальных кругов.
Цель работы: повышение эффективности операций совмещённого шлифования заготовок путём термостабилизации зоны обработки за счёт подвода СОЖ к наиболее теплонапряжённым участкам.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:
-
Дано математическое оігасание и разработана методика расчёта температурных полей в шлифовальном круге и заготовке при торцекруглом и двухкруговом шлифовании ступенчатых валов с учётом реальной формы контактирующих объектов, а также влияния СОЖ и способа её подачи.
-
Впервые получены значения коэффициентов гидравлического сопротивления фильтрации СОЖ в поровом пространстве шлифовальных кругов под действием УЗК с различными параметрами, в том числе амплитудно-модулированных.
-
На основе моделирования тепловых процессов на ЭВМ разработаны рекомендации по выбору параметров используемого в устройствах подачи СОЖ УЗ сигнала, обеспечивающих термостабилизацию процесса совмещённого шлифования.
-
Экспериментально исследовано влияние новых УЗ устройств на производительность совмещённого шлифования, качество обработанных деталей и период стойкости шлифовальных кругов.
-
Апробированы основные результаты научных исследований путем опытно-промышленных испытаний УЗ техники подачи СОЖ в производстве АО "Автодизель" (г. Ярославль) и АО "Автодетальсервис" (г. Ульяновск).
Научная новизна. Получена теоретически и экспериментально проверена тематическая модель теплового взаимодействия шлифовального круга и за-говки при совмещённом шлифовании с учётом влияния СОЖ и параметров хники её подачи.
Разработана и реализована в программах для персонального компьютера ггодика расчёта температурных полей в заготовке и шлифовальном круге при рцекруглом и двухкруговом шлифовании ступенчатых валов, учитывающая алыгую форму контактирующих объектов, а также влияние СОЖ и способа подачи.
Разработаны новые способы подачи СОЖ, обеспечивающие эффективное транспортирование в зоны совмещённого шлифования заготовок и термоста-шизацию процесса.
Практическая ценность и реализация работы. Разработанные методи-и программный пакет дают возможность моделировать тепловое состояние «тактирующих при совмещённом шлифовании объектов с учётом их реальні формы, элементов режима обработки, влияния СОЖ и параметров техники подачи. Это позволяет выявить (локализовать) "лимитирующие" участки зо-,і совмещённого шлифования, а также достаточно быстро и с необходимой ічностью осуществлять вариантные расчёты и в конечном итоге выбирать оп-[мальные параметры техники подачи СОЖ.
Впервые получены значения коэффициентов гидравлического сопротив-:ния фильтрации СОЖ в поровом пространстве круга под действием AM УЗК, )Зволяющие рассчитать расход СОЖ через поры круга и через зону совме-ённого шлифования.
Предложены и защищены патентами РФ № 2151044, № 2152297 новые юсобы подачи СОЖ и конструкция УЗ насадка для подачи СОЖ (патент РФ > 2146601), применение которых обеспечивает увеличение периода стойкости лифовального круга до 4 раз по сравнению с подачей СОЖ поливом.
Проведены опытно-промышленные испытания новых УЗ устройств пода-i СОЖ в цехах АО "Автодизель" (г. Ярославль) и АО "Автодетальсервис" (г. льяновск). Расчётный годовой экономический эффект от внедрения этих уст-эйств на АО "Автодизель" составил (в ценах 2000 г.) 220,1 тыс. руб. на один ганок.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на научно-їхнических конференциях (НТК) Ульяновского государственного техническо-) университета (УлГТУ) в 1998 - 2000 гг.; Всероссийской НТК "Повышение ]зфективности механообработки на основе аналитического и эксперименталь-ого моделирования процессов", г. Рыбинск, 1999 г.; международной НТК Состояние и перспективы развития электротехнологии (ГХ Бенардосовские гения)", г. Иваново, 1999 г.; международной НТК "Процессы абразивной об-аботки. Абразивные инструменты и материалы", г. Волжский в 1999 - 2000
гг.; международной НТК "Автотракторостроение. Промышленность и высша школа", г. Москва, 1999 г.; международной научно-практической конференциі (НІЖ) "Теоретические, конструкторско-технологические, организациониы проблемы и обеспечение качества при создании и освоении новых изделий Технология, инновация, качество - 99", г. Казань, 1999 г.; Всероссийской НТО "Современные технологии в машиностроении", г. Пенза, 1999 г.; IV Минског международном форуме по тепломассообмену, г. Минск, 2000 г.; международ ном научном симпозиуме "Приоритеты развития отечественного автотракторо строения и подготовки кадров", г. Москва, 2000 г.; Всероссийской НТК "Теп лофизика технологических процессов", г. Рыбинск, 2000 г; научно-технически: семинарах кафедр "Технология машиностроения" и "Металлорежущие станки і инструменты" УлГТУ в 2000 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе : патента РФ на изобретения.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пял глав, заключения, списка литературы (161 наименование) и приложений (1< страниц), включает 244 страницы машинописного текста, 77 рисунков и 11 таб лиц.