Повышение эффективности и качества абразивных инструментов путем направленного регулирования их функциональных показателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, доктор технических наук Носов, Николай Васильевич

• Носов, Николай Васильевич
• доктор технических наук
• 1997

Оглавление диссертации доктор технических наук Носов, Николай Васильевич

Введение

Глава 1. Современное состояние теории и технологии обработки абразивными инструментами (ЛИ).

1.1. Перспективные направления синтеза новых абразивных материалов

1.2. Теоретические аспекты оптимизации операции абразивно-алмазной обработки

1.3. Анализ методов моделирования АИ

1.4. Выводы и задачи проводимых исследований

Глава 2. Теория взаимодействия абразивных зерен и связки при изготовлении АИ в свете современных физических представлений.

2.1. Моделирование зерен, гранул и их контактного взаимодействия

2.2. Абразивный элемент как основа структурной модели АИ

2.3. Статическая и кинематическая модели рабочей поверхности АИ

2.4. Макроскопическая модель АИ

2.5. Выводы

Глава 3. Разработка технологии изготовления и исследование качественных параметров АИ из СВС-материапов.

3.1. Особенности технологии изготовления абразивных СВС-материалов и инструментов

3.2. Исследование общей пористости, размеров и форм пор

3.3. Исследование расстояния между зернами

3.4. Исследование физико-механических свойств

3.5. Выводы

Глава 4. Разработка технологии управления прочностью АИ.

4.1. Закономерности формирования остаточных напряжений при изготовлении АИ

4.2. Исследование остаточных напряжений в АИ

4.3. Упрочнение АИ

4.4. Напряженно-деформированное состояние АИ при рабогге

Глава 5. Особенности абразивной обработки инструментами из СВС-материалов и эффективность их применения.

5.1. Исследование производительности обработки,износа и стойкости

С ВС-инструментов

5.2. Формирование шероховатости поверхности при обработке АИ из СВС-материалов

5.3. Теоретико-экспериментальные исследования остаточных напряжений при шлифовании

5.4. Оптимизация характеристик АИ и режимов шлифования

5.5. Исследование работоспособности абразивных С ВСинструментов на финишных операциях

5.6. Опытно-промышленная проверка, внедрение и выводы 405 Общие выводы по работе 420 Литература. 423 Приложение(в отдельном томе).

1. Программы расчета на ЭВМ

2. Акты опытно-промышленной проверки и внедрения

3. Авторские свидетельства и патенты

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности и качества абразивных инструментов путем направленного регулирования их функциональных показателей»

Научно-технический прогресс, определивший в последнее время развитие многих важных областей технологии машиностроения, в известной мере связан с ролью стде-лочно-упрочняющих операций. Важным направлением совершенствования этих процессов является применение новых абразивных материалов. Существующие методы получения абразивных материалов связаны с большими энергозатратами и экологическими издержками. Перспективным методом синтеза тугоплавких неорганических соединений является использование процессов горения с высокой температурой, самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС). Большой вклад в развитие С ВС-процессов внесла школа академика А. Г Мержанова (ИСМАН РФ), где были созданы фундаментальные основы синтеза и получены более 400 различных тугоплавких соединений, многие из которых являются хорошими абразивными материалами

Определение эффективности применения новых абразивных инструментов из СВС-материалов требует создания адекватной математической модели процесса абразивной обработки. Ряд разделов исследований выполнены в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ МНТК "Термосинтез" и Государственной научно-технической ассоциации 'Термосинтез", а также государственными комплексными научно-техническими программами "Порошковая металлургия" (г.Пермь), "Надежность" (НИИ ПНМС СамГТУ, г.Самара).

Целью данной работы является разработка принципов построения системы проектирования и технологии изготовления абразивных инструментов из СВС-материалов. Достижение поставленной цели осуществляется путем комплексных теоретико-экспе-риментапьных исследований: технологии синтеза новых абразивных материалов, получаемых методом СВС; теории проектирования абразивных инструментов с использованием новых фундаментальных разработок в области порошковой металлургии; технологии изготовления абразивных инструментов на базе управления их функциональными показателями.

Эти исследования в рамках системного анализа позволили построить модель АИ и обосновать основные пути повышения его эффективности и качества.

Научная новизна работы заключается в разработке теоретических основ изготовления новых инструментов из СВС-материалов, оптимизации характеристик АИ и определении их корреляционных связей с производительностью и качеством обработки.

Решение этой проблемы содержит: разработку технологии получения абразивных С ВС-материалов с регулируемыми свойствами и исследование их физико-механических свойств; структуризацию основных характеристик абразивных инструментов на керамических связках; статическую и кинематическую модели рабочей поверхности АИ и влияния на ее параметры технологии изготовления и правки; структурно-феноменологический подход к созданию макроскопической модели АИ и теоретическое прогнозирование его физическо-механических свойств; закономерности управления прочностными свойствами АИ путем направленного регулирования напряженного состояния в процессе их изготовления; исследование влияния параметров АИ на износ и стойкость инструмента при эксплуатации; закономерности образования шероховатости поверхности при шлифовании абразивными кругами из СВС материалов; исследование механизма формирования остаточных напряжений при шлифовании; особенности системного подхода при оптимизации основных характеристик АИ и режимов обработки.

В работе широко использовались экспериментальные методы исследования. Разработанные научные представления положены в основу создания новых абразивных материалов и инструментов из СВС-абразивов, а также определению оптимальной области их применения.

В результате проведенных исследований изготовлена целая гамма абразивных инструментов из СВС-материалов (круги, бруски, шкурки, пасты и т.д.), которые могут успешно конкурировать с традиционными АИ из 91 А, 63С, эльбора и т.д.

В настоящее время синтезировано в центре СВС СамГТУ 1,5 тыс. кг TiC и 3,0 тыс. кг СВС КР Инструменты из этих материалов прошли широкие испытания на ряде промышленных предприятий Самарской области: ЗАО ЗПОН, АО "Моторостроитель", АО "Мотосгроитель", АО"Автомег", АО СЗТМ, АО"Волгобурмаш", РТМагропрома, АО "Неф-темаш", АО "Тяжмаш". Общий экономический эффект от внедрения и реализации АИ из СВС-материалов составил 215 млн. рублей.

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту, заслуженному деятелю науки и техники, д.т.н., профессору Кравченко Б.А. за ценные советы в процессе выполнения данной работы, а также сотрудникам кафедр "Технология машиностроения", ИСАП и "Материаловедение в машиностроении" СамГТУ за оказанную помощь при проведении исследований и внедрении.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Носов, Николай Васильевич

17. Результаты исследования внедрены на ЗАО ЗПОН, ОАО "Волгобурмаш", АО "Моторостроитель", АО СЗТМ, РТП агропрома (г. Самара), АО "Нефтемаш", АО "Тяж-маш" (г. Сызрань). Это дало качественный и количественный эффект от использования как новых инструментов, так и новых технологий, что подтверждается целым рядом актов внедрения и опытно-промышленной проверки. Общий экономический эффект от внедрения составил 215 млн. рублей.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Носов, Николай Васильевич, 1997 год

1. Абразивная и алмазная обработка материалов: Справочник/Под ред.А. Н.Резникова. -М.: Машиностроение, 1977. -391 с.

2. Абразивные материалы и инструменты: Каталог справочник/Под ред. В.А. Рыбакова. - М: НИИМаш, 1976. - 375 с.

3. Абразивные СВС материалы и инструменты/Н.В.Носов, Б.А Кравченко, В.И.Юхвид, В.Л.Китайкин. Самара, СамГТУ, 1997. -400 с.

4. А.с. 1290673 Россия Способ получения литых тугоплавких соединений /В.А. Горшков, В.И. Юхвид, И.П. Боровинская, А.Г. Мержанов (ДСП).

5. А.с. №1024251 СССР МКИ3 В 24 Д 11 /00. Способ изготовления абразивной шкурки /Ю.И. Иванов, Н.В. Носов и др. -2с.

6. Ас. №1033300 СССР МКИ3 В 24 Д13/00. Способ изготовления лепесткового круга /Н.В. Носов, Ю.А. Николаев и др. -2с.

7. А.с. №1153468 СССР МКИ3 В 24 В 1/00. Способ виброконтактного полирования / Н.В. Носов, Ю.А. Николаев, В.Н. Баев и др. -5с.

8. А.с. №1155428 СССР МКИ3 В 24 В 33/02. Хонинговальная головка для обработки глухих отверстий /Н.В. Носов, Б.А. Кравченко и др. -2с.

9. А.с. №1346416 СССР МКИ3 В 24 Д 13/02. Лепестковый полировальный круг /Н.В. Носов, Ю.И. Иванов и др.-4с.

10. Ас. №1510253 СССР МКИ3 В 24 В 39/00//В 24 В 21/16. Способ изготовления лопаток /Н.В. Носов, Ю.А. Николаев и др. -4с.

11. Ас. №1685685 СССР МКИ3 В 24 В1 /00. Способ шлифования деталей /А Н. Филин, Н.В. Носов и др. -7с.

12. Ас. №1720850 СССР МКИ3 В 24 Д 5/00//В 24 Д17/00. Шлифовальный инструмент /А.Н. Филин, Н.В. Носов, и др. -5с.

13. А.с. №1743809 СССР МКИ3 В 24 В 1/00. Способ шлифования /АН. Филин, Н.В. Носов и др. 4с.

14. Ас. №1772214 СССР МКИ3 С 24 С 8/02,10/02. Способ комбинированной обработки деталей /Н.В. Носов, А.М. Пронин и др. -9с.

15. Ас. №1773705 СССР МКИ3 В 24 В 53/06. Способ профилирования шлифовального круга /Н.В. Носов, Ю.Ф. Шихторин и др. -7с.

16. А.с. №1798123 МКИ3 В 24 В 1/00. Способ шлифования /А Н. Филин, Н.В. Носов и др.

17. Ас. №851349 СССР МКИ3 В 24 В 3/60. Способ заточки зуборезных долбяков шлифовальным кругом /Н.В.Носов, Ю.И. Иванов -5с.

18. Александров К.С. К вычислению упругих констант квази изотропных поликристал-лических материалов //Докл. АН СССР. - 1967. Т.176. - №2. - С. 295 - 297.

19. Алмазно абразивный инструмент на металлических связках для обработки твердого сплава и стали /Гапицкий В.Н., Курищук А.В., Мудровский В.А. и др. Киев: Наук, думка, 1986. -144 с.

20. Амосов А. П. Композиционные и порошковые материалы, покрытия: Самара. СПтИ, 1992. -102 с.

21. Амосов А.П., Носов Н.В. О применении материалов и процессов СВС в инструментальном производстве. //Тезисы докл. на XIV научно техн. конф. инст Западного Урала, Пермь, 1992. - С. 29.

22. Амосов А. П., Носов Н.В. и др. Разработка и освоение технологии производства абразивных кругов на керамической связке из СВС порошков //Проблемы материалов и технологий. Производство наукоемкой продукции. 4.1. - Пермь, 1993. -С.153 -154.

23. Амосов А.П., Носов Н.В. и др. Разработка технологии изготовления хонинговаль-ных брусков из зерна розового корунда марки СВСЛ //Проблемы материалов и технологий. Производств наукоемкой продукции. 4.2. - Пермь, 1993. - С. 14 - 15.

24. Амосов А.П., Сеплярский Б.С. Тепловая теория воспламенения и горения: Куйбышев: КПтИ, 1989. - 86 с.

25. Андриевский РА. Порошковое материаловедение. М.: Металлургия, 1991. -204 с.

26. Абдельмонейм Н.Е. Округление режущей кромки и образование стабильного нароста при чистовом точении //Режущие инструменты. Экспресс. информ. - М.: ВИНИТИ, 1975, - №22. - С. 11 - 20.

27. Ахмеров М.А. Методика производственных испытаний абразивного инструмента и контроль качества по эксплуатационным показателям //Новые методы абразивной обработки, М., 1975 - С. 73 - 79.

28. Бабичев А. П. Хонингование. М.: Машиностроение, 1965. - 112 с.

29. Байкапов А.К. Введение в теорию шлифования материалов. Киев: Наукова думка, 1978. - 207 с.

30. Байкалов А.К., ДубовикН.П., Коломеец В.В., Процессы правки и правящий инструмент из СТМ //Синтетические алмазы ключ к техническому прогрессу. - Киев, 1974. -С.1 -8.

31. Байкалов А. К., Полупан Б. И., Коломиец В. В. Формирование поперечного микрорельефа обработанной поверхности при врезной правке абразивных кругов //Синтетические алмазы (СА.) 1976 - №5, - С.34 - 38.

32. Бакаев В.В. Повышение стабильности режущих свойств шлифовальных кругов II Станки и инструменты (СТИН). -1991. - №5. - С. 23 - 27.

33. Бакуль В.Н. и др. Синтетические алмазы в машиностроении. Киев: Наукова думка, 1976. - 351 с.

34. Бакуль В.Н. и др. Шлифование и полирование алмазными эластичными лентами. -М.: ГОСИНТИ, 1972. -15 с.

35. Балакин В.А. Основы прочности поверхностного слоя. Гомель: изд-во Гомельского ун-та, 1974. -242с.

36. Балакин В.А. Трение и износ при высоких скоростях скольжения. М.: Машиностроение, 1980. -136 с.

37. Балкевич В.Л. Техническая керамика. М.: Стройиздат, 1984. - 256 с.

38. Бапьмин М.Ю. Научные основы порошковой металлургии. М.: Металлургия, 1972. - 336 с.

39. Банчук Н.В. Оптимизация форм упругих тел. М.: Наука, 1980. - 256 с.

40. Баранов В.М. Определение констант упругости образцов материалов, имеющих форму диска //Заводская лаборатория -1972, Вып.9. С. 1120 - 1124.

41. Бахвалов И.С. Осреднение характеристики тел с периодической структурой //Докл. АН СССР. 1987, Т.218. - №5. - С. 1046 - 1048.

42. Бедеутунг Р Влияние качества поверхности шлифовального круга на процесс шлифования II: Автомат, линии и метаплореж. ст ки. Экспресс. - инф. -1975. - №5. -С.1 -21.

43. Беззубенко Н.К. Кинематика абразивного зерна при внутреннем шлифовании с непрерывными продольными и поперечными подачами II: Резание и инст т. Экспресс. - инф. - 1975. - №13. - С. 15 - 24.

44. Белик В.Д. Связь между плотностью упаковки и координационным числом порошковой смеси //Порошковая металлургия. -1989. - №8. - С. 18 - 22.

45. Белл Ф.Дж. Экспериментальные основы механики деформируемых твердых тел. 4.1: Малые деформации. М.: Наука, 1984. - 596с.

46. Белов С.В. Пористые металлы в машиностроении. М.: Машиностроение, 1981.-247 с.

47. Бетчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1973. - 758 с.

48. Богомолов Н.И. Исследование прочности абразивных зерен в процессе микрорезания //Заводская лаборатория. -1966. №3. - С.353 - 354.

49. Бокучава Г.В. Механизм износа шлифовального круга //Тезисы докладов межвузовской научной конф. по современным проблемам резания металлов. Тбилиси, 1958. -С.175-176.

50. Бокучава Г.В. Температура резания при шлифовании //Вестник машиностроения (ВМ). -1963. №11. - С.62 - 66.

51. Барский М.Д. Оптимизация процессов разделения зерновых материалов. М.: Наука, 1978. - 168 с.

52. Брекер П. Прочность абразивных зерен /Яруды Амер.общ ва инженеров - механ-ников: Сер. В. Конструирование и технология машиностроения. -1974. -т.96, - №4.- С. 160 164.

53. Бреслер С.Н., Суров С.П., Удилова И Г. Абразивный инструмент для скоростного обдирочного шлифования //Абразивы. 1980. - - №1. - С.9 - 10.

54. Бирпер.И.А. Остаточные напряжения. М.: Машгиз, 1963. - 232с.

55. Валфоур А.М. Алмазные инструменты для правки абразивных кругов //Режущий инструмент. Экспресс. инф. -1976. - №24. - С.36 - 24.

56. Ван Фо Фы Г.А. Конструкции из армированных пластмасс. Киев: Техшка, 1971. -220 с.

57. Ванин Г.А. Микромеханика композиционных материалов. Киев: Наукова думка, 1985. -304 с.

58. Ванин Г.А. Теоретические основы связи физико механических свойств композитов с их структурой //Методы и средства диагностики несущей способности изделий из композитов. - Рига, 1983. - С. 18 - 32.

59. Ваксер Д.Б. Пути повышения производительности абразивного инструмента при шлифовании. -М. Л.: Машиностроение, 1964. - 123с.

60. Ватанабэ. Теория шлифования. Применение теории к работе шлифовального круга. Износ шлифовального круга/Пер. сяп. //"Эндзиниярингу". -1959. Т.44. - №4.- С.152 -159.

61. Вейбулл В. Усталостные испытания и анализ их результатов. М.: Машиностроение, 1964.-203с.

62. Вейлль Р. Современное состояние экспериментальных исследований при обработке металлов шлифованием //Mecunique industrielle, 1956. №22. - с.11 - 20.

63. Винокуров В.Г., Носов Н.В., Иванов Ю. И. Автомат для полирования кулачков //Механизация и автоматизация производства. -1975. №8. - С.8 - 10.

64. Винтер В. Многолезвийный алмазный инструмент для правки шлифовальных кругов //Режущий инструмент. Экспресс. инф. -1975, - №33. - С.ЗЗ - 35.65