Введение к работе
з
Актуальность темы. В разнообразной продукции, изготавливаемой и применяемой в промышленности, выделяется обширная группа изделий, у которых формообразующие поверхности пересекаются под острым углом, образуя клиновидный конструктивный элемент, выполняющий основное функциональное назначение изделий. На завершающем этапе технологического процесса их изготовления, которым, как правило, является шлифовальная операция, тепло-напряженность обработки достигает критических значений и оказывает существенное негативное влияние на качество изделий, что приводит к необходимости снижения производительности обработки. При этом требуемое качество изделий обеспечивается лишь на доводочной операции, выполняемой часто вручную.
Чтобы выявить рациональные пути снижения теплонапряженности шлифования клиновидных изделий, а тем самым и повышения производительности обработки, необходимо разработать надежное научное обеспечение на основе математических моделей, достоверно описывающих тепловые процессы при шлифовании клиновидных заготовок (КВЗ). Эти модели должны учитывать, кроме общеизвестных, еще несколько факторов, оказывающих существенное влияние на теплонапряженность шлифования: контактную термическую проводимость (КТП) стыка базовой поверхности заготовки с приспособлением; распределение плотности тепловых потоков по шлифуемой поверхности; деформации в процессе шлифования нежестких и часто к тому же тонкостенных клиновидных заготовок. В свою очередь, для этого следует разработать методы и методики определения распределения поверхностной плотности тепловых потоков, от которого зависит точность компьютерного моделирования. Необходимы также новые методы объективной оценки качества лезвия КВЗ.
Цель работы: разработка технологии бездефектного высокопроизводительного шлифования заготовок клиновидных изделий на основе снижения теплонапряженности процесса обработки.
Задачи работы: 1. Разработать математические модели теплового процесса при многопроходном шлифовании КВЗ с любым углом лезвия, учитывающие его упругую деформацию, теплоотвод через стык КВЗ - приспособление, неравномерность распределения поверхностной плотности тепловых потоков на поверхности шлифуемой заготовки как в зоне контакта шлифовальный круг (ШК) - КВЗ, так и вне ее.
2. Разработать экспериментальные методы и методику оценки распределе
ния плотности тепловых потоков и коэффициентов теплоотдачи по шлифуемой
поверхности и получить их регрессионные модели.
3. Разработать алгоритмы и пакеты программ расчета температур при
шлифовании КВЗ, провести численное исследование закономерностей формиро-
4 вания температурных полей при различных режимах обработки и условиях установки заготовок на шлифовальной операции.
Разработать новые методы и средства оценки микротвердости лезвия клиновидных изделий.
Исследовать эффективность шлифования по новым технологическим схемам и разработать рекомендации по высокопроизводительному шлифованию заготовок клиновидных изделий.
Реализовать разработки диссертации в промышленности.
Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием положений технологии машиностроения, теории абразивной обработки, механики деформируемого твердого тела, теории упругости, теплофизики, теории моделирования с применением аналитических и численных методов, теории вероятностей и математической статистики, дифференциального и интегрального исчислений. Экспериментальные исследования проведены по известным и разработанным соискателем методикам в лабораторных и производственных условиях на современном оборудовании с использованием аттестованных измерительных средств и применением методов дисперсионного и регрессионного анализа.
Научная новизна. В результате аналитических и экспериментальных исследований разработаны новые теоретические положения о взаимодействии нежесткой КВЗ с инструментом и приспособлением при шлифовании. На этой основе предложены новые технологические методы повышения производительности бездефектного шлифования КВЗ, а также методы оценки качества изделий.
Научной новизной обладают следующие положения:
Математические модели теплового процесса при многопроходном плоском шлифовании КВЗ, обеспечивающие расчет температурных полей с учетом КТП стыка заготовка - подложка и деформации лезвия под действием сил шлифования.
Методы расчета поверхностной плотности теплового потока и коэффициента теплопередачи с учетом их распределения по шлифуемой поверхности заготовки, защищенные патентами на изобретения.
Закономерности формирования температурных полей в КВЗ при изменении режимов обработки и условий применения смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), а также теплоотвода в приспособление.
Закономерности изменения поверхностной плотности тепловых потоков на поверхности заготовки при встречной и попутной схемах шлифования на различных режимах.
4. Методы определения статической и динамической микротвердости лез
вия КВЗ, защищенные патентами на изобретения и полезные модели.
5. Результаты исследования влияния угла лезвия КВЗ и схемы установки заготовки на подложке на теплонапряженность шлифования, радиус округления кромки и микротвердость лезвия изделия.
Практическая ценность и реализация работы. Практическую ценность имеют следующие разработки:
Методики, алгоритмы и пакеты программ для расчета температурных полей при шлифовании КВЗ по разработанным математическим моделям.
Методики, алгоритмы и программы для расчета поверхностной плотности теплового потока в зоне шлифования, обеспечивающие существенное повышение точности математического моделирования тепловых процессов при шлифовании.
Методики определения статической и динамической микротвердости лезвия клиновидного изделия.
Рекомендации по выбору условий, технологических схем и режима шлифования КВЗ, обеспечивающих снижение теплонапряженности обработки и заданный радиус округления кромки при отсутствии заусенца.
Разработки диссертанта реализованы путем опытно-промышленных испытаний и внедрения на предприятиях полиграфической и деревообрабатывающей промышленности.
Основные положения, выносимые на защиту. 1. Математические модели тепловых процессов при плоском шлифовании КВЗ, учитывающие упругую деформацию лезвия, теплоотвод через стык заготовка - приспособление и неравномерное распределение поверхностной плотности тепловых потоков на обрабатываемой поверхности.
Методы, методики, алгоритмы, программы и результаты экспериментального определения поверхностной плотности тепловых потоков в зоне шлифования и коэффициента теплопередачи вне ее.
Методики, алгоритмы, программы и результаты численного моделирования тепловых процессов при шлифовании КВЗ.
Методы оценки статической и динамической микротвердости лезвия клиновидного изделия.
Методики и результаты опытно - промышленных испытаний и внедрения технологий плоского шлифования КВЗ в промышленности.
Рекомендации по высокопроизводительному бездефектному шлифованию (заточке, переточке) КВЗ.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на международных научно - технических конференциях «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (Волжский - 1997, 1998, 2000, 2001, 2005); «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения» (Орел - 2000, 2001, 2002); «Высокие технологии в машиностроении» (Харьков - 2005); «Физические и компьютерные технологии в народ-
ном хозяйстве» (Харьков - 2001, 2002); «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» (Тольятти - 2005); на выездном заседании Головного совета «Машиностроение» МО РФ (Ульяновск -2003); всероссийской НТК «Теплофизика технологических процессов» (Рыбинск - 2000); НТК и семинарах профессорско - преподавательского состава УлГТУ (1996, 1997, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004); на совместном заседании кафедр «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты» УлГТУ (Ульяновск - 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 94 работы, включая 45 патентов на изобретения и полезные модели. 7 работ опубликованы в изданиях по списку ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка (299 наименований) и 12 приложений. Работа содержит 425 страниц машинописного текста, 31 таблицу, 177 рисунков.
