Повышение эффективности технологических операций шлифования на основе прогнозирования изменения тепловыделения в контактной зоне заготовки и абразивного инструмента в процессе его эксплуатации

• Автор: Тюльпинова, Нина Владимировна
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 196 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПЕРАЦИЙ ШЛИФОВАНИЯ ПУТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕМ В ПРОЦЕССЕ ОБРАБОТКИ

1.1. Основные направления повышения эффективности процессов абразивной обработки

1.2. Существующие подходы к описанию тепловых процессов

при шлифовании

1.3. Анализ подходов к описанию процесса изнашивания абразивного

инструмента

Выводы по главе 1 и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Общая стратегия исследований

2.2. Методика проведения теоретических исследований
2.3. Методика проведения экспериментальных исследований
2.4. Инструменты, материалы и экспериментальные установки, используемые в исследованиях
ГЛАВА 3. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ В КОНТАКТНОЙ ЗОНЕ ЗАГОТОВКИ И ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА С УЧЕТОМ ЕГО ИЗНАШИВАНИЯ
3.1. Физическая картина тепловыделения в контактной зоне заготовки
и шлифовального круга
3.2. Расчет интенсивности тепловых источников в зоне обработки
3.3. Определение количества тепловых импульсов в зоне обработки
3.4. Математическое моделирование процесса тепловыделения при шлифовании с учетом изнашивания инструмента
3.5. Экспериментальные исследования распределения температур в

обрабатываемой заготовке и сопоставление с результатами теоретических исследований
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО ПЕРИОДА СТОЙКОСТИ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА
4.1. Критерии стойкости шлифовальных кругов
4.2. Экспериментальное исследование стойкости шлифовальных
кругов
4.3. Оценка стойкости шлифовальных кругов по критерию обеспечения комплексных параметров качества поверхностных
слоев деталей
Выводы по главе
ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ НА ПРАКТИКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
5.1. Примеры применения результатов проведенных исследований
5.2. Алгоритмическое и программное обеспечение по применению результатов исследований
5.3. Экономическая эффективность результатов проведенных
исследований
Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. (Акт внедрения результатов исследований в
промышленности)
Приложение 2. (Листинг программы расчета температуры нагрева поверхности заготовки и периода стойкости шлифовального круга)

ВВЕДЕНИЕ
Качество продукции машиностроения в значительной степени обеспечивается на финишных операциях технологических процессов механической обработки. Наиболее распространенными финишными операциями являются разнообразные виды шлифования, как основной высокопроизводительный способ получения высокоточных деталей. Тепловые явления, сопровождающие процесс шлифования, оказывают существенное влияние на качество шлифованных поверхностей. На практике стремятся, чтобы процесс абразивной обработки не вызывал значительных структурнофазовых изменений (прижогов) материала поверхностного слоя заготовки вследствие ее нагрева. Для назначения научно обоснованных режимов бесприжогового шлифования необходимо иметь представление о температурном поле в зоне обработки, которое претерпевает значительные изменения вследствие изнашивания шлифовального круга. Однако существующие математические модели прогнозирования тепловыделения при шлифовании не учитывают в должной мере изменение состояния рабочей поверхности инструмента в процессе его эксплуатации.
Для обеспечения заданных параметров качества очень важно точно определить момент, когда круг уже не может работать нормально и необходима его правка. В настоящее время нет достоверных расчетных методик, базирующихся на связи тепловыделения с износом инструмента и позволяющих, не прибегая к экспериментам, определить период стойкости шлифовального круга. На практике это приводит к появлению брака, если назначен завышенный период стойкости инструмента, или к повышению затрат на правку (которые как известно могут достигать 70% от себестоимости операций), если назначен неоправданно низкий период стойкости шлифовального круга. Не обоснованно частая правка шлифовальных кругов приводит к повышенному расходу дорогостоящих шлифовальных кругов, правящих инструментов и ограничивает производительность операций

их из связки под действием силовых нагрузок, под действием быстро чередующегося их нагрева и охлаждения [64, 86]; вырывания целых зерен из связки [23, 71]; адгезионного [23, 59, 108], диффузионного[23, 59, 123], абразивного изнашивания зерен [23, 59]; окисления зерен при высоких температурах [64, 86]; графитизации [86, 89, 123]; забивания промежутков между зернами стружкой и продуктами износа.
Наиболее полная классификация видов износа абразивных материалов разработана Т.Н. Лоладзе и Г.В. Бокучавой [23, 59]. Ими установлено, что в зависимости от обрабатываемого и абразивного материала и условий обработки абразивные зерна подвергаются следующим видам износа: адгезионному, абразивному, диффузионному и комбинированному.
Адгезионный износ является следствием адгезионного взаимодействия на контактных поверхностях. Возникновению интенсивной адгезии при резании способствуют высокие давления и непрерывное движение свежеобнаженных поверхностей обрабатываемого материала относительно контактных поверхностей зерна. При скольжении одной поверхности по другой происходит непрерывный процесс возникновения и среза адгезионных пятен.
Диффузионный износ заключается в растворении материала абразивных зерен в обрабатываемом материале и (или) их химических соединений. Факторами, весьма сильно ускоряющими процесс диффузии, являются высокие температуры шлифования, контактирование абразивных зерен с ювенильными поверхностями, химическое сродство между материалом абразива и обрабатываемым металлом.
Абразивный износ состоит в том, что твердые включения обрабатываемого материала, внедряясь в контактные поверхности инструмента, производят пропахивание - срез частиц инструментального материала. Вероятность абразивного износа возрастает при высоких скоростях резания, когда контактные слои абразивных зерен ввиду сильного нагрева имеют низкую твердость, а карбиды обрабатываемого материала не успевают прогреться полностью. В [23]