Оптимизация процесса обработки деталей периферией плоского лепесткового круга тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Шматкова, Анна Викторовна

• Шматкова, Анна Викторовна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шматкова, Анна Викторовна

Введение.

1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования.

1.1. Типы и конструкции лепестковых кругов.

1.1.1. Классификация лепестковых кругов.

1.1.2. Типовые конструкции лепестковых кругов для обработки поверхностей различной конфигурации.

1.2. Абразивные материалы.

1.3. Формирование поверхностного слоя.

1.3.1. Состояние поверхностного слоя заготовок после обработки лепестковыми кругами.

1.3.2. Формирование остаточных напряжений при абразивной Обработке.

1.3.3. Шероховатость поверхности после обработки лепестковыми кругами и других видах абразивной обработки.

1.4. Износ лепестковых кругов.

1.5. Динамика обработки лепестковыми кругами.

Задачи.

2. Микрорельеф режущей части лепестков.

2.1. Математическое описание микрорельефа.

2.2. Методика и результаты профилографирования режущего микрорельефа.

Выводы по главе 2. ф 3. Взаимодействие режущего микрорельефа.

3.1. Взаимодействие режущего микрорельефа с идеально гладкой обрабатываемой поверхностью.

3.1.1. Математическое ожидание абсолютной глубины внедрения зерен лепестков.

3.1.2. Количество зерен лепестка в контакте с обрабатываемой поверхностью.

3.1.3. Радиус скругления вершин зерен микрорельефа лепестка.

3.2. Взаимодействие режущего микрорельефа с шероховатой обрабатываемой поверхностью.

Выводы по главе 3.

4. Силы при обработке лепестковыми кругами.

4.1. Силы, создаваемые единичным лепестком.

4.1.1. Перемещение лепестка.

4.1.2. Упругая составляющая силы.

4.1.3. Центробежная составляющая силы.

4.2. Модуль упругости лепестка.

4.3. Силы резания.

4.3.1. Экспериментальное исследование вертикальной составляющей силы резания.

4.3.2. Теоретический расчет сил резания.

Выводы по главе 4.

Ар 5. Математическая модель формирования поверхностного слоя по шероховатости.

5.1. Съем материала.

5.1.1. Теоретический расчет съема металла при взаимодействии ® лепесткового круга с обрабатываемой поверхностью.

5.1.2. Экспериментальная проверка достоверности математической модели съема материала.

5.2. Экспериментальное исследование шероховатости обработанной поверхности.

Выводы по главе 5.

6. Оптимизация процесса обработки лепестковыми кругами.

6.1. Система оптимизации.

6.2. Реализация полученных результатов.

Выводы по главе 6.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация процесса обработки деталей периферией плоского лепесткового круга»

Развитие прогрессивных методов формообразования, разработка новых труднообрабатываемых конструкционных материалов, резкое повышение требований к качеству, надежности и долговечности машин и механизмов, зависящих от точности размеров, формы и шероховатости поверхностей, -основные предпосылки увеличения удельного веса абразивной обработки, внедрение прогрессивных технологических процессов шлифования и создания новых видов эластичного абразивного инструмента [58].

Одним из перспективных видов эластичных абразивных инструментов являются лепестковые круги, состоящие из ступицы и радиально закрепленных лепестков из какого-либо шлифовального материала. В нашей стране с 1973 года их стало выпускать Челябинское абразивное производственное объединение. Лепестковые круги используют при работе на всех видах шлифовальных станков, а также при работе вручную. При полировании ими заготовок из стали, чугуна и сплавов цветных металлов достигается параметр шероховатости поверхности Ra = 0,63 - 0,04 мкм [9].

Использование этого инструмента позволяет существенно снизить затраты на инструмент, повысить производительность и качество обработанной поверхности.

Однако эти инструменты обладают некоторыми особенностями, без знания которых нельзя добиться высокой эффективности применения их в производстве. Внедрение процессов финишной обработки связано с необходимостью в каждом конкретном случае определять оптимальные условия процесса обработки (конструкция инструмента, характеристика шлифовальной шкурки, режимы обработки).

Для изготовления лепестков применяются гибкие абразивные материалы, в том числе изготовленные специально для производства лепестковых кругов. Зернистость и вид абразивного материала подбираются в зависимости от объекта обработки, обрабатываемого материала, требуемого параметра шероховатости поверхности и от производительности.

Лепестковые круги устанавливаются на автоматах, универсальных станках, ручном пневмо- и электроинструменте.

В отличие от шлифшкурки, лент и другого инструмента из нее, круги не засаливаются, обеспечивая стабильную шероховатость обработанной поверхности и экономию применяемой в кругах шлифшкурки.

Расход шлифшкурки в круге почти в 3 раза меньше, чем при обработке шлифовальной шкуркой вручную. В тех случаях, когда альтернативна обработка лентой из шлифшкурки и обработка лепестковым кругом, использование последнего предпочтительней. Это объясняется тем, что изменение режущих свойств лент во времени приводит к получению нестабильных параметров шероховатости поверхности. Особенно актуальна замена лепестковыми кругами широко распространенных войлочных кругов с нанесенным на них шлифовальным порошком. При этом отпадает необходимость останавливать станок на частую замену войлочного круга, стабилизируется качество обработки и улучшаются экологические условия на производстве [23].

Применение лепестковых кругов эффективно во всех типах производства - от единичного до массового.

Лепестковые круги используются при обработке изделий из металла, пластмассы, древесины, стекла, керамики. <•

Ими можно вести обработку по лаку, краске, гальваническим покрытиям.

В металлообработке лепестковые круги используются при: -шлифовании и полировании, -отделке поверхностей под пайку (сварку), -зачистке сварных швов,

-удалении окалины, ржавчины, старой краски [9].

Круги применяются при обработке гранита, мрамора и других камней, при зачистке мест склейки деталей из резины и других материалов.

Лепестковыми кругами успешно полируются до блеска металлические поверхности.

Широкое применение круги находят в строительстве и ремонтных работах. На Брянском автомобильном заводе лепестковые круги используются более 15 лет. Их применяют для полирования шеек валов [9]. В металлургической промышленности - это обработка листового проката. В производстве емкостей - зачистка сварных швов. В электротехническом производстве - зачистка контактов и мест пайки. Обработке лепестковыми кругами подвергаются поверхности практически любой формы.

На основании изложенного можно констатировать, что исследование и оптимизация обработки лепестковыми кругами актуальны для многих обрабатывающих отраслей и в первую очередь для машиностроения и приборостроения.

В настоящей работе автор защищает:

1. Результаты исследования микрорельефа лепестка из шлифовальной шкурки.

2. Математическую модель процесса резания периферией плоского лепесткового круга.

3. Методику расчета съема материала с обрабатываемой поверхностью на основе использования разработанной математической модели.

4. Методику расчета достижимой шероховатости, полученную по экспериментальным данным.

4. Систему оптимизации параметров обработки лепестковыми кругами.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Шматкова, Анна Викторовна

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

Решена важная для обрабатывающей промышленности задача по оптимизации процесса обработки деталей лепестковыми кругами, имеющая народнохозяйственное значение.

Разработанная математическая модель процесса резания при обработке деталей периферией плоского лепесткового круга дает возможность рассчитывать съем материала и достижимую шероховатость в зависимости от исходной на заготовке и требуемой по чертежу детали. Принятие профилограммы в качестве реализации случайного процесса при математическом описании микрорельефа режущей поверхности и разработанной методики ее исследования являются обоснованными. В результате режущий микрорельеф, представленный в виде случайной функции, вошел составной частью в математическую модель взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхностью.

4. Предложенная схема воздействия лепестка на обрабатываемый материал подтверждена экспериментально. Расчет по этой схеме математического ожидания средней глубины внедрения зерен и их количества в зависимости от характеристик микрорельефа шкурки (т, п(0) и а) явился основой для определения интенсивности съема материала.

5. Результаты теоретического исследования сил взаимодействия круга с обрабатываемой поверхностью являются достоверными. Это подтверждено расчетом по разработанной программе "FORS" на ЭВМ и экспериментальными данными, полученными на специально созданном приспособлении с использование компьютерных технологий.

6. Разработанная математическая модель съема материала соответствует процессу обработки лепестковым кругом, что подтверждено экспериментальными данными.

7. Интенсивность съема материала зависит от объема материала, удаляемого в виде стружки и объема пластически деформированного материала при воздействии зерен на обрабатываемую поверхность, от циклической прочности материала при малоцикловой усталости, от количества лепестков, находящихся в контакте, частоты вращения круга и продолжительности обработки.

8. На основе экспериментальных данных получено уравнение достижимой шероховатости в зависимости от скорости резания, деформации круга и его зернистости, длины лепестка, которое является ограничительной функцией при оптимизации процесса.

9. Выбор в качестве критерия оптимизации целевой экономической функции (ЦЭФ) является обоснованным, поскольку в этом случае решается вопрос эффективности производственного процесса.

Ю.Разработанная система оптимизации по производительности процесса, с ограничительной функцией по достижимой шероховатости и с использованием программы "OPTIM LK" на ЭВМ позволяет выбрать экономически выгодные режимы обработки с учетом имеющегося на предприятии технологического оборудования. 11. Разработанные технологические рекомендации приняты к внедрению на ИАЗ - ОАО «Корпорации «ИРКУТ», ПКТЦ ОАО «ПО ИЗТМ», ЗАО «ЭНЕРПРЕД» и ЗАО «ПРОФСТАЛЬ».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шматкова, Анна Викторовна, 2006 год

1. Аттетков А.В. Методы оптимизации. 2001.

2. Белых А.В. Перспективы использования лепестковых кругов// Интеллектуальные и материальные ресурсы Сибири. Иркутск: БГУЭП, 2003.-С. 238-243.

3. Васильев Д.М., Трофимов В.В. Современное состояние рентгеновского способа измерения макронапряжений// Заводская лаборатория. 1984. -№7-С. 20-29.

4. Гарелик С.С. Рентгенографический и электронноскопический анализ. — М.: Металлургия, 1979. 252 с.

5. Гдалевич А.И. Финишная обработка лепестковыми кругами// Машиностроитель. 1984. - №7.

6. Гдалевич А.И., Житницкий С. И., Назаров В.В. Особенности конструкции лепестковых кругов и технология их изготовления// Технология автомобилестроения. Научно технический реферативный сборник, 1982. - №9. - С 5-7.

7. Гдалевич А.И., Житницкий С. И., Хрычев В.И. и др. Полирование дета

8. Щ лей лепестковыми кругами. М: Машиностроение, 1980, - 80 с.

9. Ф 8 Гдалевич А.И., Назаров В.В., к.т.н. Житницкий С.И. и Чистосердов

10. В.Ф. Обработка торцовыми лепестковыми кругами// Машиностроитель, 1980.-№Ю.-С 21-22.

11. ГдалевичА.И. Финишная обработка лепестковыми кругами. М.: Машиностроение, 1990.-112с.: ил.

12. Димов Ю.В. Обработка деталей свободным абразивом. Иркутск: Изд-воИрГТУ, 2000.-293с.

13. Димов Ю.В. Перспективы использования лепестковых кругов при изготовлении деталей самолета// Повышение эффективности технологических процессов в машиностроении, Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2000. -С. 3-10.

14. Димов Ю.В., Шматкова А.В. Взаимодействие режущего микрорельефа лепесткового круга с обрабатываемой поверхностью// Вестник ИРО АН• ВШ, 2003. -№ 1(2).

15. Димов Ю.В., Шматкова А.В. Взаимодействие режущего микрорельефа лепесткового круга с обрабатываемой поверхностью при обработке с низкочастотными колебаниями// Вопросы вибрационной технологии. -Ростов-на-Дону: 2004. С. 36 - 40.

16. Димов Ю.В., Шматкова А.В. Микрогеометрия режущего рельефа лепестковых кругов// Технологическая механика материалов. Иркутск:1. Ц ИрГТУ, 2004. С. 147-150

17. Димов Ю.В., Шматкова А.В. Расчет съема металла при взаимодействии лепесткового круга с обрабатываемой поверхностью// Вестник ИРО АН ВШ, 2003. -№ 2(3).

18. Димов Ю.В., Шматкова А.В. Силы взаимодействия единичного лепестка с поверхностью детали при обработке лепестковыми кругами// Повышение эффективности технологической подготовки машиностроительного производства. — Иркутск: ИрГТУ, 2002. — С. 105-109.

19. Донец И.П., Борисов А.А. Эффективность применения импрегнирован-ных лепестковых кругов при шлифовании алюминиевого сплава// Технология автомобилестроения. Научно технический реферативный сборник, 1982. - №9. с. 7-9.

20. Дунин-Барковский И.В., Карташова А.Н. Измерения и анализ шероховатости. М.: Машиностроение, 1978. - 232с.

21. Завьялова Т.В. Высокопроизводительное шлифование: Учебное пособие. -М.:, 1990.-42с.

22. Иванов Ю., Носов Н.В. Эффективность и качество обработки инструментами на гибкой основе. М.: Машиностроение, 1985. - 88с.

23. Изготовление и реализация абразивного инструмента компанией "Стенлипол"// Каталог журнал, 1990.

24. Капанец Э.Ф., Кузьмич К.К., Прибыльский В.И., Тилигузов Г.В. Точность обработки при шлифовании/ Под ред. П.И. Ящерицына Мн.: Наука и техника. 1987. - 152 с.

25. Повышение эффективности технологических процессов в механообработке.: Сб.науч.трудов.- Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1990.

26. Королев А.В., Новоселов Ю.К. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Часть I. Состояние рабочей поверхности инструмента. - Саратов: Изд-во Саратовского университета, 1987. - 160 с.

27. Корчмарь Ф.Я., Гвоздев В.Ю., Храмов В.В. Финишная обработка мате® риалов лепестковыми шлифовальными кругами В кн.: Новые высокопроизводительные инструменты на гибкой основе. — Л.: ВНИИАШ. Труды, 1984.-С. 57-65.

28. Корчмарь Ф.Я., Сафонова В.Ф., Гвоздев В.Ю., Храмов В.В. Расчет прочности и технологических параметров изготовления пластмассовых ступиц лепестковых кругов// Технология автомобилестроения. Научно технический реферативный сборник, 1982. - №9. - С. 13-14.

29. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. - 480 с.

30. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

31. Крагельский И.В., Харач Г.М. О расчете износа поверхностей трения// Расчетные методы оценки трения и износа. Брянск: Приокское книжное издательство, 1975. - С. 5 - 17.

32. Кремень З.И., Стратиевский И.Х. Хонингование и суперфиниширование деталей/ Под. ред. Л.Н. Филимонова. Л.: Машиностроение, 1988.- 137с.

33. Литовка Г.В. Повышение эффективности процесса вибрационной обработки путем учета геометрических параметров абразивных гранул// Инструмент и технологии XXI века. Иркутск: Изд-во ИрГТУ. - 2003. -С. 154- 156.

34. Логинов А.Р. Метод оценки характеристик фрикционной усталости материалов// Технология машиностроения. Брянск: Приокское книжноеиздательство, 1973. С. 217 - 225.

35. Щ 38 Лоскутов В.В. Шлифование металлов. М.: Машиностроение. -1985.256с.

36. Лукьянов B.C., Рудзит Я.А. Параметры шероховатости поверхности. -М.: Издательство стандартов, 1979.-162с., ил.

37. Маслов Е.Н. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение,1974.-320с.

38. Паньков Л.А., Костин Н.В. Обработка инструментами из шлифовальной шкурки. Л Машиностроение: Ленинградское отделение, 1988. -234 с.

39. Применение лепестковых кругов в автомобилестроении// Технология автомобилестроения. Научно технический реферативный сборник,1. Щ 1982.- №9.-С. 1-3.

40. Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. Сб. на-уч.тр.// Челябинского политехнического института им. Ленинского комсомола: ЧПИ, 1988. 131 с.

41. Протодьяконов М.М., Тедер Р.И. Методика рационального планирования экспериментов. М.: Наука, 1970. - 104 с.

42. Разработка и внедрение технологического процесса и оборудования для зачистки панелей после дробеударного формообразования. Отчет о

43. НИР. Науч. рук. Димов Ю.В. 1990. 74с.

44. Растригин Л.А. Система экстремального управления. М.: Наука, 1974.- 632 с.

45. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. -М.: Машиностроение, 1981, 279 с.

46. Рудзит Я.А. Микрогеометрия и контактное взаимодействие поверхностей. -Рига: Зинатне, 1975. 210с.

47. Тихонов А.Д. Выбросы случайных процессов. М.: Наука, 1970. - 392 с.т 50 Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х кн./ Под ред. И.В.

48. Крагельского, В.В. Алисина. Кн.1. - М.: Машиностроение, 1978. -400 с.

49. Утилин Н.С. Сопротивление материалов. М.: Высшая школа, 1969.-• 279 с.

50. Федотов А.Г. Контакт эластичного абразивного инструмента с обрабатываемой деталью. К кн.: Республиканская научно техническая конференция молодых ученых и специалистов Таджикской ССР. Тез. докл. -Душанбе:- 1984.-С. 81.

51. Худобин J1.B., Белов М.А. Шлифование заготовок из корозионностой-ких сталей с применением СОЖ.- Саратов: Изд-во Саратовского университета. 1989. - 148 с.

52. Худобин J1.B., Дубровский П.В. Состояние поверхностного слоя детали, обработанной лепестковым кругом// СТИН. 1997. - №2.

53. Худобин J1.B., Дубровский П.В. Эффективность импрегнирования лепестковых кругов смазочно-охлаждающими средствами// СТИН. -1996.-№8.

54. Хусу А.П., Витенберг Ю.Р., Пальмов В.А. Шероховатость поверхности. ^ Теоретико-вероятностный подход. М.: Наука, 1975 - 344 с.

55. Щеголев В.А., Уланова М.Е. Эластичные абразивные и алмазные инструменты. Л.: Машиностроение, 1977. - 182 с.

56. Эфрос М.Г., Миронюк B.C. Современные абразивные инструменты./ Под ред. З.И. Кремня 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение: Ленинградское отделение, 1987. - 158 с.