Совершенствование системы очистки СОТС на базе устройств рекуперации и классификации зерен СТМ с целью повышения эффективности при шлифовании деталей из хрупких неметаллических материалов Шурыгин, Алексей Юрьевич

Введение к работе

Актуальность темы

Одним из способов повышения качества обработки, проводимой абразивным инструментом, является очистка используемых при этом смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС). Особенно остро эта проблема стоит при скоростном и глубинном шлифовании труднообрабатываемых материалов, а также при обработке хрупких неметаллических материалов (неорганических стекол, си галла, керамики и др), где очистка СОТС от шлама (продуктов обработки материала заготовки и износа шлифовального инструмента) в бо іьшинстве случаев проводится непрерывным центрифугированием в системах очистки в составе применяемого оборудования и абразивные зерна не подлежат дальнейшему использованию Однако, как показывает практика, преобладающая часіь вырванных из связки инструмента абразивных зерен практически мало изменяет свои геометрические параметры Следовательно, при наличии достаючно надежной возможности разделения шлама на фракции абразивный маїериал мог бы пошорно использоваться при изготовлении шлифовальных инстр) мен гов Указанное для ряда промышленных стран мира является основным исіочником получения зерен сверхтвердых материалов (СТМ) и из-і отовления абразивных инструментов.

Анализ показьіваеі, что применяемые в промышленности методы очистки СОГС и способы разделения шлама (химический, магнитный, электростатический и др) на фракции используются как отдельные самостоятельные процессы. Причем последние применяются в основном при исследованиях износа абразивных инструменте, чго вызвано технической сложностью обеспечения этих процессов в производстве изделий, большим объемом работ, низкой производительностью и, следовательно, значительными заіраіами людских и материальных ресурсов Кроме того, большинство и і них недостаточно эффективны как по обеспечению параметров очистки СО 1С, так и харакіеристик качества (Ra, h„,p, К^ф) обработанной поверхности, особенно при обработке хрупких неметаллических материалов Потее перспективными с этих позиций являкмея совмещенные процессы непрерывной очистки СОТС, извлечения (ре-к>лерации) и классификации (разделения на зерно; зерен СТМ непосредственно в составе технологического оборудования, исключающие переработку шлама и связанные с этим трудоемкие операции вне технологического оборудования, а также обеспечивающие более высокие показатели качества обработки и производительности. Поэтому исследования в этом направлении являются весьма актуальными.

Настоящая работа выполнена в соответствии с госбюджетной тематикой научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ кафедр «Технология машиностроения» АрзПИ и НГТУ и договорам по сотрудничеству с предприятием «Темп-АВИА» (г. Арзамас).

Целью работы является совершенствование системы очисіки СОТС на основе разработки новых схем и конструкций устройств для совмещенных процессов извлечения абразивных зерен и классификации их по группам зернистости для повторного использования в производстве новых инструментов, а гакже повышения качества и производительности обработки изделий из хрупких неметаллических материалов.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи-1. На основе анализа теории гидродинамических и физико-химических процессов математически описать процесс извлечения из рабочей жидкости абразивных частиц и разделения их по размерным группам и предложить рациональные схемы устройств, входящих в состав системы очистки СОТС технологического оборудования, которые обеспечивали бы качественное извлечение и классификацию абразивных зерен в заданном диапазоне зернистости при заданной производительности устройств и повышение качества обрабатываемых изделий из хрупких неметаллических материалов.

1. Построить обобщенную математическую модель процессов рекуперации из СОТС и классификации абразивных зерен и на этой основе разработать более эффективные конструкции устройств, обеспечивающие требуемую производительность и качество процессов.

2. Экспериментально проверить технологические возможности разработанных устройств для рекуперации и классификации абразивного материала в прямоточном режиме очистки СОТС, а также влияние их на параметры качества обработанных поверхностей изделий из неорганических стекол и ситалла.

3. Оптимизировать конструктивно-технологические параметры устройства для рекуперации и классификации абразивного материала из СОТС и выявить их влияние на границы диапазона размеров извлекаемых абразивных зерен.

5. Разработать методику для инженерного расчета конструктивно-технологических параметров предложенного устройства и процессов извлечения, классификации и очистки СОТС с его использованием

Объекты и Методика исследований

Основными объектами экспериментальных исследований явились системы очистки СОТС в составе шлифовального технологического оборудования, реальные детали из неорганических стекол марок типа К108, КУ-1, КУ-2 и ситалла СО-115М, применяемые в гироскопических приборах, образцы, шлифовальные инструменты, технологические процессы рекуперации и классификации зерен СТМ, переработки шлама.

Теоретические исследования выполнялись на базе научных основ технологии машиностроения, теорий механической обработки и шлифования неметаллических материалов (стекол, ситаллов и др ), фундаментальных положений гидродинамики, физической и коллоидной химии, математического и физического моделирования взаимодействия абразивных частиц с тонким слоем жидкости в поле центробежных сил инерции.

й ^З^^"" » ⁴

Экспериментальные исследования проводились в производственных и лабораторных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры на основе методов оптической микроскопии, планирования многофакторного эксперимента и статистического анализа, оптимизации процессов обработки. Математическая обработка результатов исследований производилась с использованием ПЭВМ.

Научная новизна работы

Разработан (патент РФ № 38666 на полезную модель от 10.07.2004г.) и теоретически обоснован более эффективный совмещенный способ очистки СОТС при шлифовании с рекуперацией и классификацией зерен СТМ, обеспечивающий повышение качества обработанной поверхности и снижение трудозатрат, связанных с переработкой шлама и последующего использования его составляющих

Разработана обобщенная математическая модель процесса рекуперации и классификации абразивных зерен, отражающая влияние конструктивно-технологических параметров устройства центробежного типа и других техно-ио1 ических факторов (характеристик СОТС и абразивных частиц) на эффективность процесса.

На основе теории и метода жидкостной классификации разработана новая конструкция устройства центробежного типа (заявка №2005107955 на патент), обеспечивающего совмещение операций извлечения из СОТС зерен СТМ в заданном диапазоне размеров и разделения их по размерным группам при заданной производительности и исключающего трудоемкие процессы по переработки шлама.

Получены новые экспериментальные результаты исследований, определяющие эффективность предложенной системы очистки СОТС с рекуперацией и классификацией зерен СТМ при шлифовании изделий из неорганических стекол и сит алла.

Получена интерполяционная математическая модель, позволяющая прогнозировать наименьший размер зерен СТМ, извлекаемых из СОТС в зависимости от конструктивно-технологических параметров разработанного УЦТ.

Практическая ценность работы

1. Разработана методика инженерного расчета оптимальных конструк-тивио-те^унологииеских парамегров УЦТ для рекуперации из СОТС и классификации зерен СТМ.

2. Разработан алгоритм определения оптимальных конструктивно-
технологических параметров предложенных УЦТ.

3. Разработано и передано к внедрению УЦТ для рекуперации из СОТС
на водной основе с ПАВ и классификации зерен СТМ, предназначенное для со
вершенствования системы очистки СОТС в составе оборудования в процессе
шлифования заготовок из неорганических стекол и ситалла с целью повышения
качества и производительности обработки и снижения трудозатрат по перера
ботке шлама.

Апробация и реализация работы

Материалы диссертационной работы доложены на:

ежегодных научных конференциях и семинарах Нижегородского государственного технического университета в 2001-2004 г.г.;

заседаниях кафедр «Технология машиностроения» НГТУ и Арзамасского филиала НГТУ в 2001-2004 г.г.;

Всероссийских научно-технических конференциях «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении». - Нижний Новгород - Арзамас, 2001-2003 г.г.;

Региональном молодежном научно-техническом форуме. - Нижний Новгород: НГТУ, 2002;

- Всероссийской научно-технической конференции «Современные техно
логии в машиностроении». - Пенза, 2003;

Межрегиональной научно-технической конференции «Химическая и пищевая промышленность- современные задачи техники, технологии, автоматизации, экономики». - Нижний Новгород: НГТУ, 2004;

Международной юбилейной технической конференции «Наука о резании материалов в современных условиях». - Тула- ТулГУ, 2005.

Результаты исследований использованы при разработке опытно-промышленной технологии и оснастки (УЦТ) очистки СОТС с рекуперацией и классификацией зерен СТМ для применения их в производстве шлифовальных инструментов и переданы на ряд промышленных предприятий Нижегородского региона.

Материалы теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе при чтении лекций, проведении практических и лабораторных занятий со студентами и магистрами по дисциплинам «Технология машиностроения», «Ресурсосбережение и малоотходные технологии».

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ и получен патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы из 90 наименований и приложений.