Введение к работе
Актуальность проблемы. В рыночных условиях развитие машиностроения невозможно без повышения технического уровня и качества продукции на основе внедрения перспективных высокопроизводительных технологий механической обработки деталей. Повышение качества изделий машиностроения не может быть достигнуто без совершенствования процессов абразивной обработки, удельный вес которых при изготовлении деталей непрерывно возрастает.
Актуальной проблемой, которая имеет важное значение для машиностроения, является финишная обработка деталей со сложной формой рабочих поверхностей. Применяемые в промышленности методы обработки таких деталей отличаются высокой трудоемкостью и не всегда гарантируют стабильность качественных характеристик. В различных отраслях машиностроения ещё сохраняется значительный объем ручных операций финишной обработки, что несовместимо с жесткими требованиями к шероховатости рабочих поверхностей и точностным параметрам. Особенно трудоемка финишная обработка тонкостенных колец сложного профиля (прядильных и крутильных колец, ободов колес велосипедов), турбинных лопаток, деталей электроосветительной и водоразборной арматуры, а также элементов мебельной фурнитуры малой жесткости с развитой пространственной конфигурацией.
Несовершенная технология финишной обработки деталей сложной формы создает проблему повышения качества изделий машиностроения, что снижает их конкурентоспособность.
Широкое распространение вибрационной, центробежно-ротаци-онной и турбоабразивной обработки показывает перспективность использования для отделочно-зачистных и отделочно-упрочняющих операций технологии, основанной на использовании дискретного шлифовального материала (ДШМ) в виде гранул, шлифовального зерна и шлифовальных порошков, а также обрабатывающих сред из фарфоровых, стеклянных, полимерных и стальных шаров. Однако известные методы не обеспечивают необходимого качества обработки внутренних поверхностей сложной формы, галтелей, труднодоступных участков профиля, і рос_ национальная [
1 ігята
Центробежная обработка (ЦО) дискретным шлифовальным материалом позволяет увеличить контактное давление частиц ДШМ под действием инерционных, преимущественно центробежных сил. Различные способы ЦО ДШМ могут быть использованы для эффективной обработки деталей со сложнопрофильными рабочими поверхностями путем трансформации частиц шлифовального материала в плотный режущий инструмент, копирующий форму детали. Регулируя величину контактного давления и скорость относительного перемещения обрабатываемых поверхностей и частиц ДШМ, можно формировать качественные характеристики поверхностного слоя деталей различной формы.
Широкие возможности для удаления припуска и повышения качества поверхности на недоступных для традиционных методов участках обрабатываемого профиля детали ставят ЦО ДШМ в ряд перспективных технологий.
Отсутствие системного подхода к обобщению теоретического и экспериментального материала, направленного на совершенствование центробежной обработки и повышение качественных показателей поверхностей деталей, сдерживает широкое внедрение и оставляет нереализованными потенциальные возможности перспективной технологии.
Проблема повышения качества поверхностей деталей при снижении трудоемкости финишной обработки на основе совершенствования существующих и разработки новых технологических методов и средств является актуальной и в настоящее время.
Дель работы: повышение качества сложнопрофильных поверхностей деталей на основе совершенствования технологии центробежной обработки дискретным шлифовальным материалом путем его трансформации в режущий инструмент и определения взаимосвязей между технологическими параметрами.
Методы исследований. Работа выполнена на основе теории шлифования и износа, современных положений технологии машиностроения, механики сплошных сред при широком использовании математических методов исследования и аппарата дифференциального и интегрального исчислений. При проведении экспериментов применялись современные физические и механические методы ис-
следований: сканирующая электронная микроскопия, металлографический и рентгеноструктурный анализы, профилографирование с автоматизированной оценкой параметров шероховатости поверхности. При этом использовались методы математического планирования и имитационного моделирования.
Основные положения, выносимые на защиту;
решение проблемы повышения качества сложнопрофильных поверхностей деталей на основе технологического обеспечения заданных характеристик поверхности центробежной обработкой дискретным шлифовальным материалом;
теоретические основы трансформации частиц ДШМ в режущий инструмент и новые способы центробежной обработки деталей при их планетарном движении в контейнерах или на оправках;
методология определения контактного давления и скорости относительного перемещения уплотненных в реологический инструмент частиц ДШМ и обрабатываемых поверхностей деталей для различных способов центробежной обработки шлифзерном, абразивными гранулами, дискретной обрабатывающей средой из стеклянных, фарфоровых и стальных шаров;
модели, устанавливающие функциональные связи между припуском на обработку, показателями качества поверхности и технологическими факторами;
практическая реализация новой технологии центробежной обработки ДШМ и оригинальные средства технологического оснащения.
Научная новизна работы состоит в следующем:
определены условия трансформации частиц ДШМ в реологический инструмент, копирующий форму профиля деталей, при их планетарном движении в контейнерах или на оправках на основе исследования динамики процесса обработки;
получены аналитические зависимости по определению контактного давления и скорости относительного перемещения трансформированных в инструмент частиц ДШМ и обрабатываемой поверхности детали для различных способов центробежной обработки;
разработаны математические модели удаления припуска на обработку, учитывающие контактное взаимодействие ДШМ с обрабатываемыми поверхностями, физико-механические характеристики
шлифовального материала и материала детали, режимы обработки, размеры частиц и деталей при центробежной обработке шлифовальными зернами и абразивными гранулами;
создана имитационная модель изменения размеров детали и определения параметров отпечатков при отделочной объемной обработке поверхностей деталей стальными шарами в контейнерах с планетарным вращением на основе компьютерной программы с графической интерпретацией движения загрузки;
определено влияние технологических факторов на качественные показатели обработанной поверхности, представленное в виде математических моделей.
Практическая ценность заключается:
в создании новых способов центробежной обработки ДІІТМ различных видов поверхностей сложного профиля, объединенных классификационной схемой;
в разработке рекомендаций по регламентированию технологических режимов и условий обработки в зависимости от требований к качеству поверхности;
в создании промышленного технологического оборудования для центробежной обработки шлифовальными зернами, формованными абразивными гранулами, фарфоровыми, стеклянными и стальными шарами;
в подтверждении технической новизны разработанных способов центробежной обработки ДІІІМ и промышленного технологического оборудования для их реализации охранными документами на изобретения.
Реализация результатов работы
Разработанные технология и промышленное технологическое оборудование внедрены на ОАО «Пенздизельмаш», ООО «Экосоюз», ОАО <<Пензкомпрессормаш», Орджоникидзевском машиностроительном заводе (г. Владикавказ), Йошкар-Олинском механическом заводе.
В Московский НИИ приборостроения и Гомельский конструктор-ско-технологический и экспериментальный институт (Республика Беларусь) передана документация на новую технологию обработки для внедрения.
Апробация работы. Результаты научных исследований по теме диссертации докладывались на 56 международных, всесоюзных, всероссийских и республиканских научно-технических конференциях (НТК) и симпозиумах, в том числе: на Всесоюзной НТК «Новые технологические процессы и оборудование для поверхностной обработки материалов» (Брянск, 1986); Всесоюзной НТК «Разработка и промышленная реализация новых механических и физико-химических методов обработки. Обработка-88» (Москва, 1988); Всесоюзной НТК «Остаточные напряжения - резерв прочности в машиностроению) (Ростов-на-Дону, 1991); Международной НТК «Совершенствование процессов финишной обработки в машино- и приборостроении, экология и защита окружающей среды» (Минск, 1995); Международной НТК «Точность технологических и транспортных систем» (Пенза, 1998); Международной НТК «Проблемы машиностроения и технологии материалов на рубеже веков» (Пенза, 2003); Международном юбилейном симпозиуме «Актуальные проблемы науки и образования» (Пенза, 2003); Международной НТК «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (Волжский, 2001, 2002, 2003 гг.), Всероссийской научно-практической конференции «Технологическое обеспечение качества машин и приборов» (Пенза, 2004); Международной НТК «Современные проблемы машиностроения» (Томск, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 120 статей, получено 23 авторских свидетельства и 3 патента, которыми защищены новые способы центробежной обработки и технологическое оборудование для их реализации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов, списка использованной литературы из 189 наименований и восьми приложений. Работа изложена на 298 страницах машинописного текста, включает 166 рисунков и 31 таблицу. Общий объем диссертации 439 с.
