Введение к работе
з
Актуальность. Стремление улучшить технико-экономические показатели изделий щиностроения за счет применения деталей, узлов из новых материалов с высокими мностными характеристиками, жаропрочностью, износостойкостью и другими параметрами, с правило, приводит к снижению производительности при их изготовлении. Повышение эизводительности за счет интенсификации режимов механической обработки деталей из ропрочнъгх сплавов в применяемых на практике условиях обработки ограничивается низкой ійкостью режущего инструмента н ухудшением качества поверхностного слоя деталей, ним из путей повышения производительности при механической обработке является гдрение в производство глубинного шлифования, которое в большинстве случаев.более фективно, чем обработка лезвийным инструментом. Отличие глубинного шлифования от верхностного состоит в том, что на порядок увеличивается глубина шлифования (она :тигает 10-20 мм), при этом меняется качественная картина процесса: поврежденные слои гериала в значительной мере удаляются во время шлифования. При шлифовании верхностные слои деталей подвергаются пластической деформации и воздействию тепловых токов, величина и скорость которых колеблются в широких пределах в зависимости от «сима шлифования.
Отметим сложности, возникающие при формулировании математической постановки ;ачи определения температурного поля в детали в процессе шлифования. Это и неизвестные шичные условия в зоне контакта, неизвестное распределение тепловых потоков в деталь, ут и стружку, и нестащгонарность задачи, учет влияния СОЖ, поведение СОЖ при высоких ипературах и другие. Как видно, сложность самого процесса затрудняет точный тепловой ализ, поэтому во многих случаях приходится рассматривать упрошенные тепловые модели. В давляющем большинстве работ для определения температур при шлифовании пользовалась теория движущихся источников тепла (метод функции Грина). Из-за раничекий, накладываемых использованием линейного анализа, в данных работах не инимается во внимание такая существенная физическая особенность поведения материала, к изменение его свойств при обработке. Существенной характеристикой состояния верхностного слоя, оказывающей серьезное влияние на работоспособность изделия, являются таточные напряжения 1-го рода или макронапряжения. Величина и распределение по глубине таточных напряжений являются показателями качества детали, по которым оценивают едряемые новые процессы при обработке деталей. Анализ литературы, посвященной оцессу шлифования, показал, что до настоящего времени не разработана полная модель юцесса глубинного шлифов ания.
Таким образом, задача построения математической модели процесса глубинного пифоваиия является весьма актуальной.
Цель. Целью работы было построение корректной математической модели процесса убинного шлифования, учитывающей зависимость механических и теплофизических свойств ітериала от температуры.
Научная новизна работы состоит в следующем. Впервые поставлена связанная краевая задача термоупругопластичности с граничными условиями в скачках для системы абразивное зерно - обрабатываемая деталь. Поставлена и решена краевая задача определения температурного поля детали в процессе поверхностного и глубинного шлифования.
Поставлена и решена краевая задача определения напряженно-деформированного состояния детали в процессе поверхностного и глубинного шлифования с учетом повреждаемости.
4 Построена математическая модель процесса шлифования, позволяющая рассчигмва распределение остаточных напряжений в поверхностном слое детали для различных услові шлифования.
Практическая значимость:
построенная математическая модель позволяет обходяться без проведения многочислент трудоемких экспериментов;
расчет напряженно-деформированного состояния детали с учетом повреждаемости да возможность предсказывать появление трещин на поверхности детали в процессе шлифования
расчеты по полученной модели позволяют прогнозировать режимы шлифования, «опасные» точки зрения возникновения прижогов;
решение задачи определения температурного поля на отдельном абразивном зерне позволь оценить износ шлифовального круга;
все алгоритмы, предложенные в модели, объединены в пакете прикладных программ да персональных ЭВМ;
- разработанные алгоритмы и пакет прикладных программ переданы на . Пермск*
электроприборный завод для расчета на ЭВМ параметров процесса шлифования различнь
деталей и оптимизации процесса;
- с помощью разработанной методики и программ расчета на ЭВМ рассчитаны температурю,
поля и напряженно-деформированное состояние деталей гидроаппаратуры в реальнь
технологических режимах обработки на предприятии АО "Инкар", г.Пермь. ' :;
Достоверность научных положений и результатов работы подтверждается сравнение теоретических результатов, рассчитанных по предложенной модели с результатам! полученными другими авторами. Сравнение с результатами экспериментов, проведенных Рыбинском авиационном технологическом институте, показало хорошее качественное количественное соответствие предложенной модели процесса глубинного шлифования.
На защиту выносятся:
математическая модель процесса глубинного шлифования;
постановка и решение задачи определения температурного поля на отдельном абразивно зерне шлифовального круга;
- постановка и решение задачи определения температурного, поля и напряжение
деформированного состояния детали в процессе поверхностного и глубинного шлифования;
анализ применимости существующих аналитических методов решения температурной задач для случая глубинного шлифования;
расчет напряженно-деформированного состояния детали с учетом повреждаемости;
Апробация работы. Материалы диссертации докладьшались .и обсуждались на семинара кафедр теоретической механики (руководитель - профессор Ю.И. Няшин),. магематическог моделирования систем и процессов (руководитель - профессор П.В. Трусов), механик композиционных материалов и конструкций Пермского государственного техническог университета (руководитель - профессор Ю.В. Соколкин).
Результаты всей работы и отдельных ее частей были представлены и обсуждались на ГУ ом Межреспубликанском симпозиуме «Остаточные напряжения: моделирование и управление (Пермь, І 992), Межрегиональной научно-технической конференции "Математическо моделирование систем и процессов" (Пермь, 1994), Российской научно-техническо конференции «Наукоемкие технологии в машиностроении и приборостроении» (Рыбинсв
4), Международной конференции «Математическое моделирование процессов обработки ериалов» (Пермь, 1994), Всероссийской научно-технической конференции "Математическое іелирование систем и процессов" (Пермь, 1995, 1996), IX Всероссийской конференции ллофизика технологических процессов» (Рыбинск, 1996).
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 11 статьях и тезисах ладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и іска литературы. Материал изложен на 130 страницах и содержит 70 рисунков.