Введение к работе
Актуальность темы. Среди процессов абразивной обработки шлифование іляегся наиболее эффективным и высокопроизводительным методом финишной іработки деталей машин и приборов. В настоящее время новые методы скоростного ;о 200 м/с) и глубинного (глубина обработки до 10 мм) шлифования успешно жкурирует с процессами лезвийной обработки. Например, при обработке замков шаток газотурбинных двигателей глубинное шлифование абразивными кругами до 5 более раз экономичней, чем процессы фрезерования или протягивания >ердосплавным инструментом.
Характерной особенностью процессов шлифования является высокая температура контакте шлифовального крута с обрабатываемой деталью, величина которой может встигать температуры ее плавления. Форсирование режимов шлифования приводит к :пловой напряженности зоны резания и, как следствие, к термическим дефектам на оверхности детали: прижегам, трещинам, сколам и т.д.
Наиболее действенным способом снижения температуры при шлифовании гтается обильное охлаждение зоны резания, в том числе с подачей охлаждения через [.тифовалышй круг. Применение смазочно-охлаждающих средств становится репятствием для развития и более широкого применения процессов шлифования. С цной стороны, смазочно-охлаждающая жидкость, смешиваясь с продуктами износа [лифовального круга и стружкой, создает в больших количествах отходы, которые не оддаготся утилизации. С другой стороны, в ряде производств электронной, лектротехнической и других видов продукции применение смазочно-охлаждающих ;идкостей запрещено из-за возможного загрязнения обрабатываемых поверхностей и х стыков.
Источником теплообразования при шлифовании служат пластическая еформация удаляемого материала с детали (10-20%) и рабога трения абразивных зерен б обрабатываемую поверхность (80-90%).Поэтому главным направлением снижения емпературы при шлифовании при отсутствии искусственного охлаждения зоны езания становится создание инструмента с минимальным количеством режущих зерен а рабочей поверхности с максимальной эффективностью их использования. Таким нструментом при шлифовании являются высокопористые абразивные круги, у оторых содержание зерен в объеме снижается с 50 до 30%, а на рабочей поверхности х количество уменьшается до 1,5 раз. Меньшее количество абразивных зерен в очетании с порами между ними создает предпосылки не только снижения их работы рения об обрабатываемую поверхность, но и более эффективное участие в удалении іатериала.
Однако, для известных высокопористых абразивных кругов характерна их юниженная износостойкость, обусловленная слабой связью удержания зерен связкой інструмента, и соответственно их низкая разрьшная прочность , которая ограничивает їх применение на скоростях резания до 50м/с. Устранить недостатки известных ысокопористых кругов удалось в результате разработки и оптимизации ксплуатационных характеристик принципиально нового класса абразивного інструмента -высокопористого, с так называемой, закрытой структурой. Абразивная іасса нового инструмента формируется на основе одного пли комбинации нескольких [евыгорающих порообразователей, различных по химсоставу, размерам и свойствам, возможность управления составом абразивной массы в широком диапазоне ущественно расширяет и технологические возможности высокопористого інструмента.
Использование высокопористого абразивного инструмента для реализации процессов сухого шлифования, то-есть без применения смазочно-охлаждающих сред, перспективным направлением развития технологии машиностроения. А разработка высокопористых шлифовальных кругов с оптимальными характеристиками для этих целей, которая является темой данной диссертационной работы, становится актуальной научно-технической проблемой.
Данная работа выполнялась по плану международного научно-технического проекта "Разработка высокопористого абразивного инструмента повышенной производительности и экологически чистой технологии его изготовления" и Федеральной программы ФРГ "Сухое шлифование" с участием Технического университета Хемниц-Цвикау и других немецких фирм и институтов.
-Цель работы. Целью данной диссертационной работы является разработка высокопористого абразивного инструмента закрытой структуры для сухого шлифования, то-есть без применения смазочно-охлаждающих сред, в том числе на основе применения экономичных невыгорающих порообразователей.
Методика исследования. Основные положения и выводы работы обобщены с позиции теории шлифования, теории вероятности и математической статистики, достоверность полученных результатов подтверждается лабораторными и заводскими испытаниями.
Комплекс экспериментальных исследований проводился в лабораторных и производственных условиях с использованием современной контрольно-измерительной аппаратуры.
Статистическая обработка, полученных результатов исследований, проводилась с использованием IBM PC с помощью программ и методов корреляционного и регрессионного анализов.
Научная новизна работы заключается в:
установленной возможности изготовления высокопористых абразивных кругов на основе нового невыгорающего порообразователя - силикатных микросфер, а также в комбинации с другими известными невыгораюгцими и выгорающими порообразователями;
выявленных закономерностях и разработанных математических моделях совместного влияния абразивных зерен и керамической связки на эксплуатационные свойства высокопористых абразивных кругов (твердость, ее стабильность в объеме инструмента, деформацию, неуравновешенность масс и разрывную скорость) в зависимости от вида применяемого порообразователя - его содержания в инструменте;
выявленных закономерностях и разработанных математических моделях связи характеристики высокопористых кругов и режима обработки на эффективность безприжегового сухого шлифования закаленных сталей (скорость съема материала, интенсивность изнашивания инструмента, динамическая напряженность и стабильность процесса).
Практическая ценность работы заключается в:
разработанных рецептурных составах высокопористых шлифовальных кругов
на основе различных по свойствам невыгорающих и выгорающих порообразователей, в
том числе силикатных микросфер;
рекомендациях по режимам сухого безприжегового шлифования закаленных сталей;
изготовлении и испытании опытных образцов нового высокопористого абразивного инструмента закрытой структуры.
Реализация работы. Разработанные рецептуры и технологии изготовления высокопористого инструмента закрытой структуры прошли испытания в лабораторных условиях на базе МГТУ "СТАЬЖИН" и в производственных условиях на ММПО "Салют", на ММНН им. В.В. Чернышева и на базе института металлорежущих станков и прессового оборудования "Фраунховер" (ФРГ, г. Хемниц).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были изложены на международной научно-технической конференции "Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, станков и инструментов" г. Тула (26-28 мая 1997 г.), а ее результаты в виде образцов инструмента демонстрировались на выставках в Москве и Швейцарии (сентябрь- октябрь 1997 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы две печатные работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы /121 наименование/ и приложения. Она изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 28 рисунков, 19 таблиц.