Повышение эффективности плоского шлифования на основе разработки инструментов и процессов высокочастотного дискретного резания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, доктор наук Морозов Алексей Валентинович

• Морозов Алексей Валентинович
• доктор наук
• 2020

Оглавление диссертации доктор наук Морозов Алексей Валентинович

Введение

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИНСТРУМЕНТОВ И ПРОЦЕССОВ ДИСКРЕТНОГО ШЛИФОВАНИЯ

1.1. Направления совершенствования процессов шлифования металлов

и сплавов

1.2. Шлифование дискретными цельными кругами

1.3. Шлифование высокопористыми и импрегнированными кругами

1.4. Шлифование дискретными сборными кругами

1.5. Шлифование сборными кругами с радиально-подвижными абразивными сегментами

1.6. Шлифование текстурированными абразивными и алмазными кругами

1.7. Способы подачи смазочно-охлаждающей жидкости при дискретном шлифовании

1.8. Выбор направления, цель и задачи исследований

Глава 2. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ И ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИСКРЕТНОГО ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ

2.1. Критерии оценки способов дискретизации инструмента

2.2. Анализ дискретного периферийного инструмента, выполненного в виде чередующихся выступов и впадин

2.3. Анализ высокопористого инструмента

2.4. Разработка способов дискретизации периферийного инструмента высококонцентрированными потоками энергии

2.5. Разработка способов дискретизации торцевого шлифовального инструмента прессованием

2.6. Разработка технологии высокочастотной дискретизации периферийного и торцевого инструментов

2.6.1. Дискретизация периферийной режущей поверхности лазерным лучом

2.6.2. Дискретизация периферийной режущей поверхности гидроабразивной струей высокого давления

2.6.3. Обоснование траектории движения высококонцентрированного потока энергии в процессе дискретизации

2.6.4. Дискретизация абразивных сегментов для торцевого шлифования

2.7. Разработка конструкций инструментов для высокочастотного дискретного плоского периферийного и торцевого шлифования

2.7.1. Аэродинамические потоки, генерируемые периферийным кругом с высокочастотной дискретизацией режущей поверхности

2.7.2. Конструкция инструмента для высокочастотного дискретного плоского периферийного шлифования и устройства для подачи СОЖ

2.7.3. Конструкция инструмента для высокочастотного дискретного плоского торцевого шлифования и аэродинамические потоки

при его работе

Глава 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИСКРЕТНОГО ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ И ТЕМПЕРАТУРЫ ЗАГОТОВКИ

3.1. Напряженное состояние дискретного инструмента для плоского 114 периферийного шлифования от действия центробежных

сил

3.2. Запас прочности дискретного периферийного шлифовального круга

3.3. Напряженное состояние дискретного периферийного шлифовального круга, подверженного действию силы резания

3.4. Моделирование напряженного состояния дискретного торцевого шлифовального инструмента

3.4.1. Напряжённое состояние абразивного сегмента со сплошной режущей поверхностью

3.4.2. Напряженное состояние абразивного сегмента с каналами, выполненными на установочной плоскости

3.4.3. Напряженное состояние абразивного сегмента с каналами, выполненными на установочной и периферийной плоскостях

3.5. Моделирование температуры заготовки при высокочастотном дискретном плоском шлифовании

3.5.1. Исходные данные для моделирования

3.5.2. Граничные условия теплообмена

3.5.3. Моделирование температуры заготовки, шлифуемой периферийным сплошным кругом

3.5.4. Моделирование температуры заготовки, шлифуемой периферийным дискретным кругом

3.5.5. Моделирование температуры заготовки, шлифуемой сплошными сегментами и сегментами с каналами на установочной плоскости

3.5.6. Моделирование температуры заготовки, шлифуемой сегментами с каналами на установочной и периферийной

плоскостях

Глава 4. ТЕОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕОМЕТРИИ ПОВЕРХНОСТЕЙ, ШЛИФУЕМЫХ ДИСКРЕТНЫМИ ИНСТРУМЕНТАМИ

4.1. Дисбалансы дискретного периферийного инструмента

4.2. Сила резания при дискретном периферийном шлифовании

4.3. Вибрация дискретного периферийного шлифовального инструмента

4.4. Кинематика формирования геометрии поверхности при дискретном плоском периферийном шлифовании

4.5. Динамика формирования геометрии поверхности при дискретном плоском периферийном шлифовании

4.6. Дисбалансы дискретного торцевого инструмента

4.7. Виброперемещения дискретного торцевого шлифовального инструмента

4.8. Формирование геометрии поверхности при дискретном плоском торцевом шлифовании

Глава 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИНСТРУМЕНТОВ И ПРОЦЕССОВ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИСКРЕТНОГО ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ

5.1. Методика экспериментальных исследований

5.2. Результаты экспериментальных исследований процесса плоского периферийного шлифования

5.2.1. Шероховатость шлифованной поверхности

5.2.2. Температура заготовки в процессе дискретного плоского периферийного шлифования

5.2.3. Износ алмазного инструмента при правке шлифовальных кругов различных конструкций

5.2.4. Период стойкости и ресурс работы кругов с дискретизацией режущей поверхности высококонцентрированными потоками энергии

5.2.5. Производительность дискретного высокочастотного плоского периферийного шлифования

5.3. Результаты экспериментальных исследований процесса плоского

торцевого шлифования

5.3.1. Испытания механической прочности дискретных сегментов в процессе шлифования

5.3.2. Обоснование характеристики абразивного материала торцевого шлифовального инструмента

5.3.3. Показатели качества поверхностей, шлифованных торцевым инструментом

5.3.4. Производительность процессов плоского торцевого шлифования дискретным инструментом

Глава 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТОВ И ПРОЦЕССОВ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ДИСКРЕТНОГО ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

6.1. Методика разработки инструмента для дискретного высокочастотного плоского периферийного шлифования

6.2. Методика разработки процесса дискретного высокочастотного периферийного шлифования

6.3. Методика разработки инструмента для высокочастотного дискретного плоского торцевого шлифования

6.4. Методика разработки процесса дискретного высокочастотного плоского торцевого шлифования

6.5. Технические эффекты, обусловленные функционированием разработанных инструментов и процессов дискретного резания

6.6. Испытания, внедрение кругов, использование результатов работы

6.7. Расчет экономического эффекта от использования дискретных абразивных сегментов для плоского шлифования

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности плоского шлифования на основе разработки инструментов и процессов высокочастотного дискретного резания»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Шлифование материалов занимает большой удельный вес среди других видов механической обработки, вместе с этим оно характеризуется большими тепловыделениями, оказывающими негативное влияние на качество шлифованного поверхностного слоя. Для уменьшения тепловыделений проводятся опытно-конструкторские, изыскательские и научно-исследовательские работы по самым различным направлениям, которые позволяют расширить режимы бездефектного шлифования, повысить производительность обработки и качество поверхностного слоя деталей.

Среди известных направлений уменьшения тепловыделений (разработка высокопористых шлифовальных кругов, эффективных составов и способов подачи СОЖ, импрегнированного инструмента, высокоточных способов балансировки, новых абразивных материалов и др.) особое место занимает разработка способов и инструментов дискретного шлифования.

Цельные дискретные круги с выступами и впадинами [195] высокопористые [155], импрегнированные круги снижают тепловыделения в зоне резания до 40 % и позволяют проводить шлифование при более высоких режимах резания, повысить производительность обработки по сравнению со стандартными кругами со сплошной режущей поверхностью, Наиболее интенсивный отвод тепла из зоны резания обеспечивают дискретные сборные шлифовальные круги, которые снижают импульсную температуру обрабатываемой поверхности до 3 раз [32], однако, создавая положительные результаты по снижению тепловой напряженности, они неизбежно приводят к ухудшению других выходных показателей процесса.

Так, дискретная режущая поверхность известных шлифовальных кругов характеризуется значительной протяженностью прерывающих процесс резания участков (десятки и сотни миллиметров), что в принципе не может обеспечить высокие геометрические показатели качества обработанных поверхностей. Значительная протяженность участков, прерывающих процесс шлифования,

вызывает сравнительно низкую частоту нанесения резов на обрабатываемую поверхность и является причиной высокого уровня вибрации элементов технологической системы, что не только негативно сказывается на микро-, макрогеометрии обработанных поверхностей, но и на долговечности дорогостоящего шлифовального оборудования.

Кроме этого, дискретные шлифовальные круги для плоского периферийного и торцевого шлифования не в состоянии самостоятельно без использования специальных дорогих гидросистем, обеспечить высокую эффективность действия СОЖ в зоне резания, что объясняется открытостью зоны резания, техническими трудностями создания условий генерирования гидродинамических клиньев СОЖ, высоких скоростей её течения и направления непосредственно в локальные участки контакта режущих и давящих абразивных зерен с обрабатываемым материалом заготовки. Указанные недостатки приводят к необходимости значительного снижения режимов резания, необоснованно высокому расходу дорогостоящего абразивного и алмазного правящего инструментов и др., что отражается на повышении технологической себестоимости изделий.

За рубежом проводятся исследования так называемых текстурированных (дискретных) шлифовальных и алмазных инструментов (Англия, Китай, США, Япония, Швеция, Казахстан, Украина и др.), отмечается их существенные преимущества по сравнению со сплошными шлифовальными кругами [201]. Великобритания и Китай создали международный научный коллектив [201] (Machining and Condition Monitoring Group, Faculty of Engineering, University of Nottingham, United Kingdom and School of Mechanical Engineering and Automation, Northeastern University, Shenyang, China), занимающийся исследованием процессов шлифования текстурированными кругами металлов и сплавов, высокоточных оптических линз и др. ответственных изделий.

Потребность в шлифовальных инструментах в 2015 году достигла по рыночной стоимости около 6 млрд. долларов США, при этом эта потребность продолжает расти [202]. В течение периода времени с 1990 по 2016 годы зарегистрировано более 15000 патентов и опубликованных в этом направлении

научных работ. Эти данные свидетельствует об особой актуальности рассматриваемого направления исследований.

Ведущие научные журналы США и др. стран «American journal of modern physics», «Engineering and Technology», «Engineering and Applied sciences» и др. [приложения 1-4] проявляют большую заинтересованность в результатах настоящих исследований процессов высокочастотного дискретного шлифования.

Актуальность темы диссертации подтверждается также заключением Межрегионального совета по науке и технологиям РАН о признании научных результатов, содержащиеся в работах автора, в качестве основы для подготовки и последующей защиты диссертации на соискание ученой степени доктора наук (приложение 5).

Степень разработанности темы. Значительный вклад в решение проблемы повышения эффективности процессов шлифования внесли ученые: Волков Д.И., Козлов А.М., Макаров В.Ф., Старков В.К., Степанов Ю.С., Blurtsyan D.R., Brown R.H., Kim J.D., Miller M. H., Hao Nan Li, Dragos Axinte и др.

Повышения геометрической точности поверхностей при известном дискретном шлифовании пытаются достичь на основе усложнения конструкций инструментов и процессов обработки в целом, однако это направление либо не приводит к желаемой цели, либо вызывает существенное повышение стоимости инструментов, эксплуатационных затрат и снижение надежности функционирования процессов дискретного шлифования в условиях реального производства. Повышению эффективности процессов шлифования путем разработки новых способов высокочастотной дискретизации режущей поверхности, конструкций дискретных инструментов и устройств для подачи СОЖ, генерирующих гидродинамические клинья СОЖ, не уделялось должного внимания.

Создалась противоречивая ситуация, при которой, с одной стороны, необходимо дальнейшее повышение качества, производительности процессов шлифования, снижение технологической себестоимости изделий, а с другой -существующие способы и средства технологического оснащения шлифовальных

операций не в состоянии обеспечить выход процессов шлифования на более высокий технический и технологический уровни, позволяющие разрешить эту противоречивую ситуацию.

Таким образом, современное состояние инструментов и процессов плоского шлифования свидетельствует о крупной хозяйственной проблеме, заключающейся в необходимости повышении производительности, качества обработанного поверхностного слоя, периода стойкости, ресурса работы шлифовальных кругов и уменьшении расхода дорогостоящего алмазного правящегося инструмента.

В работе решена крупная научная проблема, заключающаяся в обосновании нового класса высокоэффективных шлифовальных инструментов высокочастотного резания; способов дискретизации режущей поверхности высококонцентрированными потоками энергии и прессованием, а также процессов плоского периферийного и торцевого шлифования, обеспечивающих снижение тепловой напряженности в зоне резания, уровня вибрации технологической системы, генерирование мощных аэро- и гидродинамических потоков СОЖ, повышение качества, производительности и ресурса абразивного, алмазного правящего инструмента.

Для разрешения этой проблемы использованы иные подходы, источники энергии и инструменты для дискретизации режущей поверхности. Разработаны на уровне изобретений новые способы дискретизации режущей поверхности шлифовальных инструментов; устройств, повышающих эффективность действия СОЖ в зоне резания, а также технологические и конструкторские решения, обеспечивающие их практическую реализацию в условиях производства.

Вопросы снижения уровня вибрации технологической системы, уменьшения шероховатости, волнистости, погрешности формы ответственных деталей машин при дискретном шлифовании, повышения производительности обработки на основе высокочастотной дискретизации инструментов высококонцентрированными потоками энергии в научно-технической литературе не рассматривались.

Лазерное излучение, гидроабразивная струя высокого давления позволяют на режущую поверхность инструмента наносить участки, прерывающие процесс шлифования, которые имеют малые размеры (единицы мм). Режущая поверхность шлифовальных инструментов малых масштабов в принципе изменяет динамику дискретного шлифования, уменьшая на порядок и более временные составляющие цикла «резание-отдых» по сравнению с дискретным шлифованием известными инструментами.

Когда время резания и отдыха в каждом элементарном цикле мало и составляет (1*10-4...4*10-5) секунды, инерционная технологическая система (ТС) не успевает упруго восстанавливаться, что приводит к снижению её уровня вибрации с вытекающими отсюда положительными аспектами. Это научное положение позволяет определить новое, перспективное направление исследований инструментов и процессов дискретного шлифования.

До настоящего времени исследования процессов дискретного шлифования в такой постановке не проводились. На сегодня нет теории процесса дискретного шлифования инструментами с высокочастотным прерыванием процесса резания, отсутствуют основополагающие математические модели процессов формирования геометрии поверхностей, обработанных инструментами с малыми масштабами дискретизации, без которых невозможно качественное проектирование дискретных инструментов и высокоэффективных процессов обработки поверхностей.

Цель работы: повышение производительности, качества обработанных поверхностей, периода стойкости и ресурса работы абразивного и алмазного правящего инструментов на основе разработки инструментов и процессов высокочастотного дискретного резания.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи: - разработать способы высокочастотной дискретизации кругов для плоского периферийного и торцевого шлифования, высокоэффективные конструкции инструментов и технологическую оснастку, обеспечивающие генерирование гидродинамических клиньев СОЖ и интенсификацию отвода

тепла;

- разработать математические модели и выполнить компьютерное конечно-элементное моделирование напряженного состояния дискретных шлифовальных кругов и температуры обрабатываемой поверхности заготовки, на основании чего разработать высокопрочные инструменты и пути снижения тепловой напряженности процесса обработки;

- определить пути снижения виброактивности высокочастотного процесса плоского дискретного периферийного и торцевого шлифования;

- разработать теорию формирования поверхности, шлифуемой дискретным инструментом, раскрыть механизм образования геометрических погрешностей и определить пути их снижения;

- разработать технологию высокочастотной дискретизации инструментов для плоского периферийного и торцевого шлифования с использованием лазерного луча, гидроабразивной струи высокого давления и традиционного прессования;

- провести комплексные экспериментальные исследования инструментов и процессов высокочастотного дискретного плоского периферийного и торцевого шлифования и разработать многофакторные модели, позволяющие эффективно управлять процессами обработки;

- используя результаты теоретических и экспериментальных исследований разработать методы проектирования дискретного абразивного инструмента и эффективных процессов высокочастотных процессов плоского периферийного и торцевого шлифования.

Научная новизна работы заключается в:

- предложенном новом классе высокоэффективного абразивного инструмента;

- математической модели температуры заготовки в зоне резания, возникающей в процессе высокочастотного дискретного шлифования, определяющей пути снижения тепловой напряженности процесса обработки;

- математических моделях напряженного состояния дискретных

шлифовальных кругов, позволяющих создавать конструкции высокопрочных инструментов для реализации эффективных процессов дискретного шлифования;

- математических моделях изменений сил резания, позволяющих снижать величину вынужденных колебаний инструмента вызванных дискретизацией абразивного инструмента;

- предложенной теории формирования рельефа шлифованной поверхности, позволяющей определить пути уменьшения геометрических погрешностей, вызванных дискретизацией инструмента;

- разработанной методологии проектирования дискретных инструментов и эффективных процессов плоского высокочастотного периферийного и торцевого шлифования.

В результате выполнения указанных пунктов создан новый класс шлифовального инструмента высокочастотного резания и решена научная проблема, сформулированная выше.

Новизна принятых в работе решений подтверждена также патентами РФ на способы высокочастотной дискретизации шлифовальных кругов высококонцентрированными потоками энергии и прессованием, на конструкции инструментов и технологической оснастки для их изготовления и подачи СОЖ, обеспечивающие интенсивный отвод тепла из зоны резания.

Отдельные этапы работы выполнены при поддержке грантов:

- Российского Фонда Фундаментальных Исследований 2011-2013 (шифр №11-08-97542р_центр_а), тема Р719 «Разработка теории пространственного формирования плоскостей деталей в процессе дискретного шлифования, обеспечивающей шероховатость нано метрического уровня»;

- по фундаментальным исследованиям в области машиностроения (шифр 97-24-3.2-17), тема ГБ-163 «Исследование и разработка научных положений интенсивной технологии шлифования деталей машиностроения сборными абразивными кругами»;

- по фундаментальным исследованиям в области машиностроения (шифр 97-24-9.5-501), тема ГБ-164 «Исследование и разработка способа дискретизации

режущей поверхности шлифовальных кругов лазерным лучом и создание на его основе нового класса инструмента»;

- по фундаментальным исследованиям в области транспортных наук (шифр 96-105.2-5) по теме «Исследование и разработка метода гидродинамического шлифования плоскостей деталей двигателей внутреннего сгорания и конструкции инструмента, создающего эффект диспергирующего действия СОЖ».

Теоретическая значимость работы. Впервые предложенные критерии оценки схем дискретизации режущей поверхности шлифовальных инструментов позволяют анализировать и сравнивать способы дискретизации, конструкции инструментов с позиций наиболее важных показателей процесса обработки: уровня вибрации элементов технологической системы, геометрии обработанной поверхности, периода стойкости инструментов, расхода дорогостоящего правящего алмазного инструмента и эффективности действия СОЖ.

Результаты теоретического анализа механической прочности дискретных шлифовальных кругов, моделирования их напряженного состояния необходимы для создания высоко прочных инструментов, обеспечивающих реализацию интенсивных режимы резания.

На основе разработанной теории формирования поверхности, шлифованной дискретными инструментами, проводится расчет, прогнозирование и минимизация геометрических погрешностей, что способствует повышению точности изделий.

Разработанные способы генерирования гидродинамических клиньев СОЖ в зоне плоского периферийного и торцевого шлифования могут использоваться и при реализации других видов механической обработки, что позволит повысить эффективность использования СОЖ.

Предложенная методология проектирования средств технологического оснащения обеспечивает качественную разработку высокоэффективных инструментов и процессов плоского дискретного периферийного и торцевого шлифования различных изделий.

Методы исследования. В работе использованы научные методы

дифференциального и интегрального исчисления, теории колебаний, уравновешивания машин и приборов, теории шлифования материалов, технологии машиностроения, режущего инструмента, математического и компьютерного моделирования, теории формообразования поверхностей, теории планирования многофакторных экспериментов и математической статистики. Применены современные программные продукты Statistiks, Advanced grapher, Creo parametric, САЕ-комплексы CosmosWorks, SolidWorks, современный технологический СО2-лазерный комплекс МКТЛ-1500, установка для гидроабразивной резки Alba 4-1313, а также тепловизор модели Therma CAM S65.

Практическая значимость работы заключается в разработанных и предложенных производству:

- способах высокочастотного дискретного плоского периферийного и торцевого шлифования и конструкциях инструментов;

- технологии изготовления дискретных инструментов для плоского периферийного и торцевого шлифования с использованием высококонцентрированных потоков энергии и традиционного прессования;

- устройствах для подачи СОЖ, обеспечивающих формирование гидродинамических клиньев СОЖ и повышение эффективность ее действия;

- режимах шлифования и назначении характеристики абразивного материала инструментов, применяемых в процессах высокочастотного дискретного плоского и торцевого шлифования;

- методологии разработки дискретных кругов, построения и реализации высокоэффективных процессов дискретного плоского периферийного и торцевого шлифования.

На защиту выносятся теоретическая, экспериментальная, методическая и проектная база для разработки эффективных инструментов и процессов дискретного высокочастотного плоского периферийного и торцевого шлифования; технологической оснастки, обеспечивающей изготовление кругов и интенсификацию отвода тепла из зоны резания, а именно:

- способы высокочастотной дискретизации режущей поверхности кругов для плоского периферийного и торцевого шлифования высококонцентрированными потоками энергии и прессованием;

- результаты теоретического анализа разработанных способов высокочастотной дискретизации инструментов с позиций предложенных критериев;

- результаты теоретического анализа механической прочности дискретных инструментов и компьютерного моделирования их напряженного состояния;

- результаты компьютерного моделирования температуры обрабатываемой поверхности при плоском высокочастотном дискретном периферийном и торцевом шлифовании;

- технология высокочастотной дискретизации режущей поверхности периферийного и торцевого инструментов;

- теория формирования геометрии поверхностей, шлифованных дискретными инструментами;

- конструкции инструментов, реализующих новые способы дискретизации режущей поверхности с использованием высококонцентрированных потоков энергии и традиционного прессования, а также технологической оснастки, обеспечивающей генерирование гидродинамических клиньев СОЖ;

- результаты комплексных экспериментальных исследований разработанных конструкций и процессов высокочастотного дискретного плоского периферийного и торцевого шлифования, многофакторные экспериментальные модели, связывающие выходные параметры процессов высокочастотного плоского дискретного периферийного и торцевого шлифования с элементами режима резания и параметрами дискретной режущей поверхности;

- методология разработки конструкций дискретных кругов и высокочастотных процессов плоского периферийного и торцевого шлифования.

Степень достоверности. Достоверность результатов исследований подтверждается удовлетворительной сходимостью теоретических и

экспериментальных данных, применением современных программных продуктов CosmosWorks, Mathcad, Advanced Grapher, современного оборудования, средств измерения (тепловизора модели Therma CAM S65), проверкой моделей на адекватность, сходимостью с данными других ученых и использованием результатов исследований в производстве.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы доложены и обсуждены на Всероссийской НТК «Теплофизика технологических процессов» (Рыбинск, 2005 г.); Международной НТК «Повышение качества продукции и эффективности производства» (г. Кострома, 2006 г., 2 доклада); Международной научно-практической конференции «Молодежь и наука: реальность и будущее» (Невинномысск, 2010 г., 2 доклада); Международной молодежной научной конференции «40-е Гагаринские чтения» (г. Москва, 2014, 2 доклада); IV-й Международной научно-практической конференции «Инновации качество и сервис в технике и технологиях» (Курск, 2014 г., 2 доклада); Международной НТК, посвященной 85-летию со дня рождения Заслуженного работника высшей школы РФ, д.т.н., проф. Волчкевича Л. И. (г. Москва, 2015 г.); XII-й Международной научно-практической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2015 г., 3 доклада); 2-й Международной молодежной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и процессы» (Курск, 2015 г.); Международной научно-практической конференции «Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении» (Курск, 2016 г., 2 доклада); XII-м Международном симпозиуме «Фундаментальные и прикладные проблемы науки» (г. Москва, РАН, 2017 г.); XXXYII-й Всерос. конф. «Наука и технологии», посвященной 70-летию Гос. Ракетного центра им. акад. В. П. Макеева (г. Миасс). Результаты работы доложены на Всероссийском совещании заведующих кафедрами материаловедения и технологии конструкционных материалов «Проблемы качества технологической подготовки» (г. Волжский, Волгоградская обл., 2007 г., 2 доклада), а также на кафедре МТ-2 МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 46 научных работ, в том числе 3 монографии, 15 научных статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 7 статей в журналах, входящих в международную базу Skopus, 6 патентов РФ, 15 публикаций в материалах научно-технических конференций различного ранга и симпозиумов, общим объёмом 19,33 печатных листа.

Структура и объём работы. Диссертация изложена на 284 страницах машинописного текста, содержит 135 рисунков и 11 таблиц, включает введение, шесть глав, заключение, список литературы и 13 приложений. Список содержит 230 наименований источников.

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИНСТРУМЕНТОВ И ПРОЦЕССОВ ДИСКРЕТНОГО ШЛИФОВАНИЯ

1.1. Направления совершенствования процессов шлифования

металлов и сплавов

Исследованиями различных процессов шлифования занимается большое количество научных коллективов вузов РФ. Работы проведены в МГТУ (Станкин), Владимирском государственном университете, Пермском научно-исследовательском политехническом университете, Орловском, Ульяновском государственных технических университетах и др., а за рубежом - на Украине, Казахстане, Китае, Англии, США, Японии, Германии и др. странах [1, 3-10, 12, 14-17, 20-65, 67, 69, 70, 72-141, 144, 146-148, 151-153, 155-170, 173, 174, 176192, 194, 195, 197-208, 211-227, 229].

Процессы шлифования металлов и сплавов совершенствуются по следующим крупным направлениям:

- шлифование цельными и сборными прерывистыми кругами [8-10, 23, 39, 54, 67, 70, 195];

- шлифование крупнопористыми, высокопористыми и импрегнированными кругами [16, 70, 155, 156, 213];

- многоточечное шлифование [8-10, 23, 39];

- глубинное шлифование [21, 24, 112, 137, 156];

- шлифование комбинированными, композиционными, кругами [67, 125, 128, 163, 182];

- шлифование текстурированными кругами [201-205];

- разработка способов высоко частотной дискретизации режущей поверхности с использованием высоко концентрированных потоков энергии и традиционного прессования [26, 27, 37, 78, 80, 82-84, 88-91, 101, 109, 181, 201203];

- оптимизация режимов резания и профиля рабочей поверхности на основе моделирования процесса самоорганизации износа шлифовальных инструментов [46, 72, 144, 145, 187, 190, 191];

- аэро-, гидродинамика процессов шлифования [17, 25, 36, 38, 69, 116];

- разработка эффективных способов и устройств для подачи СОЖ, в т. ч. генерирующих гидродинамические клинья, а также новых её составов [13, 17, 36, 69, 116, 187];

- моделирование механической прочности шлифовальных инструментов, абразивных режущих элементов и распределения тепловых полей в заготовке [31, 71, 78, 88, 98, 110, 193, 195];

- моделирование показателей качества шлифованного поверхностного слоя и производительности процессов шлифования [43, 48, 52, 60, 63, 94, 134, 147, 163].

Среди названных сравнительно быстро развиваются направления: «Разработка способов дискретизации режущей поверхности и конструкций дискретных шлифовальных кругов» и «Разработка эффективных способов и устройств для подачи СОЖ», что обусловлено сравнительно малыми временными, материальными и трудовыми затратами на их реализацию и существенным улучшением выходных показателей процессов обработки.

Исследования показателей качества поверхностного слоя при шлифовании провели отечественные и зарубежные ученые: Волков Д. И., Гусев В. Г., Козлов А. М., Королев А. В., Макаров В.Ф., Новоселов Ю. К., Старков В. К., Степанов Ю. С., Худобин Л. В., Якимов А. В., Ящерицын П. И., Blurtsyan D. R., Brown R. H., Kim J. D., Miller M. H., Hao Nan Li, Dragos Axinte и др.

Рассмотрение указанных выше направлений совершенствования процессов шлифования в рамках одной работы не представляется возможным, поэтому ниже приведен обзор и анализ научных работ в наиболее перспективной области, касающейся процессов дискретного шлифования.

Известны способы дискретизации режущей поверхности шлифовальных кругов, абразивных сегментов, головок и др. режущих элементов [26, 27, 37, 80, 82-84, 85-87, 99, 102-105, 110, 118, 124, 201-210, 214-217] путем выполнения:

- чередующихся выступов и впадин в цельном шлифовальном инструменте;

- высоко-, крупнопористых и импрегнированных шлифовальных кругов;

- кругов с участками режущей поверхности, отличающимися твердостью, структурой и зернистостью (композиционные круги);

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Морозов Алексей Валентинович, 2020 год

- 16 с.

186. Швагирев, П. С. Плоское торцовое шлифование кругами, оснащенными дискретными абразивными сегментами / П. С. Швагирев // «Молодежь и наука: реальность и будущее»: мат-лы Ш-й Междунар. науч.-практ. конф. -Невинномысск: Изд-во Невинномыс. ин-та экон., управления и права, 2009. - Т.5.

- С. 591 - 592.

187. Швагирев, П. С. Пути повышения эффективности плоского

торцового шлифования / П. С. Швагирев, В. Г. Гусев, Р. В. Жигалов // Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений: сб. материалов Всерос. науч. техн. конф. Ч.1. -Рыбинск: РГАТА, 2009. - С. 176 - 181. - ISBN 978-5-88435-309-1.

188. Швагирев, П. С. Направления совершенствования процесса плоского торцового шлифования / П. С. Швагирев, С. А. Назаренков // Актуальные проблемы машиностроения: материалы Всерос. науч.-техн. конф. / Владимир. гос. ун-т; под ред. В. Ф. Коростелева. - Владимир, ПУ «РОСТ» ВООО ВОИ, 2011. - С. 91- 93. - ISBN 978-5-93907-061-4.

189. Шумячер, В. М. Динамика течения смазочно-охлаждающей жидкости при ее подаче через поры вращающегося шлифовального круга / В. М. Шумячер, В. А. Деменков // Проблемы качества технологической подготовки: сб. статей. -Волгоград, Волжский, 2007. - С. 314 - 315. - ISBN 978-598276-128-8.

190. Шумячер, В. М. Разработка устройств для рациональной подачи СОЖ в зону шлифования / В. М. Шумячер, В. А. Деменков // Проблемы качества технологической подготовки: сб. статей - Волгоград, Волжский, 2007. - С. 316 -319. - ISBN 978-598276-128-8.

191. Шумячер, В. М. Влияние формы поверхности шлифовального круга и ориентации абразивного зерна в связке на начало процесса стружкообразования. Станкостроение и инструментальное производство / В. М. Шумячер, А. В. Кадильников // Технология машиностроения. - 2007. - № 5. - С.18 - 21.

192. Шумячер, В. М. Модель взаимодействия абразивного зерна и обрабатываемого материала при шлифовании. Схема стружкообразования / В. М. Шумячер, А. В. Кадильников // Технология машиностроения. - 2007. - № 4. - С. 18 - 21.

193. Шумячер, В. М. Разработка технологии производства бакелитовых кругов с прогнозируемыми характеристиками посредством структурно -механической модели / В. М. Шумячер, Т. Н. Орлова // Проблемы качества

технологической подготовки: сб. статей. - Волгоград, Волжский, 2007. - С. 42-45. - ISBN 978-598276-128-8.

194. Шумячер, В. М. Влияние формы поверхности шлифовального круга и ориентации абразивного зерна в связке на начало процесса стружкообразования / В. М. Шумячер, А. В. Кадильников // Технология машиностроения. - 2007. - №2 5.

- С. 29 - 33.

195. Якимов, А. В. Прерывистое шлифование / А. В. Якимов. - Киев; Одесса: Вища школа, 1986. - 176 с.

196. Ящерицын, П. И. Теория резания. Физические и тепловые процессы в технологических системах / П. И. Ящерицын, M. JI. Еременко, Е. Э. Фельдштейн.

- Минск: Вышэйшая школа, 1990. - 512 с.

197. A Preliminary Study on an Improved Grinding Process Integrated with Induction Heating Technology / Gang Wang, Xuekun Li, Yiming Kevin Rong, Liang He. Published in the Transactions of NAMRI/SME, Vol. 38, 2010. - P. 121 - 127.

198. Cassidy W. J. User - friendly CDN grinding // Tool and Production, 1989. Vol. 55. #2. - P. 46 - 48.

199. Changsheng Guo, Stephen Malkin. Thermal Analysis of Grinding. Annals of the CIRP, Vol. 56, 2007.

200. Damlos H. H. Profilschleifen im pendel und tiefschleif // Schleifen, Honen. Lappen und Polieren. Verfahren und Maschinen / E. Salje, Jahrb. 51 Ausg. Essen: Vuklan. Verlag, 1982. - P. 203 - 212.

201. Hao Nan Li and Dragos Axinte, Textured grinding wheels: A review, International Journal of Machine Tools and Manufacture,

http://dx.doi.Org/10.1016/i.iimachtools.2016.07.001

202. Jackson M.J., Hitchiner M.P. High performance grinding and advanced cutting tools, Springer Verlag, 2012.

203. Thomson Reuters Web of Science Online Database, https://apps.webofknowledge.com/Search.do?product=UA&SID=U1Ao

SrzC45hEJVv6ojf&search_mode=GeneralSearch&prID=0c99d50d-eb69-466a-b7d3-d5827c534402, assessed on: 01/06/2016.

204. J. Oliveira, E. Silva, C. Guo, F. Hashimoto, Industrial challenges in grinding, CIRP Annals - Manufacturing Technology, 58 (2) (2009). - P. 663-680.

205. W.H.B. Hugo, Segmental grinding wheel, US patent, US1526953, 1925.

206. W.C. Herman, Segmental grinding wheel, US patent, US2032362, 1936.

207. S. Malkin, R. Anderson, Thermal aspects of grinding: Part 1 - Energy partition, Journal of Manufacturing Science and Engineering, 96 (4) (1974). - P. 1177-1183.

208. R. Komanduri, D.A. Lucca, Y. Tani, Technological advances in fine abrasive processes, CIRP Annals - Manufacturing Technology, 46 (2) (1997). - P. 545-596.

209. A.G. Bruzzone, H.L. Costa, P.M. Lonardo, D.A. Lucca, Advances in engineered surfaces for functional performance, CIRP Annals - Manufacturing Technology, 57 (2) (2008).- P. 750-769.

210. C.J. Evans, J.B. Bryan, "Structured", "textured" or "engineered" surfaces, CIRP Annals - Manufacturing Technology, 48 (2) (1999). - P. 541-556.

211. Hans Kurt Tonshoff, Thomas Friemuth, University of Hannover, Hannover, Germany. The Cutting Tool Performance Depends on the Tool Grinding Process. Product Information 13, 1999.

212. Jobst G. Super abrasives for mass production grinding of mild steel with CBN // Ind. Diamond Rev, 1980. 10. - P. 372- 377.

213. Kremen Z. I. A new generation of high porous vitrified CBN wheels / Industrial Diamond Review, 2003. - № 4. - P. 53 - 56.

214. Morozov A.V. Evaluating discrete wheels and their influence on grinding dynamics / V.G. Gusev, A.V. Morozov, P.S. Shvagirev // Russian Engineering Research, 2009. Vol. 29. No 8. - P. 835 - 837.

215. Morozov A.V. Discrete structure of the cutting surface of a grinding wheel / V.G. Gusev, A.V. Morozov, P.S. Shvagirev // Russian Engineering Research, 2009. Vol. 29, No 9. - P. 940 - 943.

216. Morozov A.V. Distribution of Thermal Fields in Face Grinding by Slotted Abrasive Segments / V.G. Gusev, A.V. Morozov, P.S. Shvagirev // Russian Engineering Research, 2016, Vol. 36, No. 3. - P. 169-173. ISSN 1068 - 798X.

217. Morozov A.V. Shaping of Discrete Abrasive Segments for Plane Face Grinding / V.G. Gusev, A.V. Morozov, P.S. Shvagirev // Russian Engineering Research, 2016, Vol. 36, No. 4. - P. 258-261. ISSN 1068-798X

218. Peiqi Ge, Jianhua Zhang, Tien-Chien Jen, Lei Zhang. Study on the Coolant Supply Method in Grind-Hardening. Published in the Transactions of NAMRI/SME, Vol. 36, 2008. - P. 349 - 355.

219. Peter Herzenstiel, Jan Aurich. Experimental Investigation of Wet

and Dry Grinding Using a Grinding Wheel with a Defined Grain Pattern. Published in the Transactions of NAMRI/SME, Vol. 37, 2009. - P. 81 - 88.

220. Pil-Ho Lee, Sang Won Lee. Experimental Characterization of Meso-Scale Grinding Process Using Compressed Chilly Air. / SME Identification

Product ID : TP10PUB35. Product Information 8. Published in the Transactions of NAMRI/SME, Vol. 38, 2010. - P. 185 - 190.

221. Stephen Malkin, Changsheng Guo. Energy Partition and Cooling During Grinding. SME Identification Product ID: TP99PUB63. Published: Jan

10, 1999.

222. Stephen Malkin, Uppiliappan Sridharan. Effect of Minimum Quantity Lubrication (MQL) with Nanofluids on Grinding Behavior and Thermal Distortion. Published in the Transactions of NAMRI/SME, Vol. 37, 2009. - P. 629 - 636.

223. Tetsuya Suto, Tohru Waida, Kazuo Mori, Hideo Inoue. Loading on Whell Surface in Precision Traverse Grinding. Bull. Japan Soc of Prec. Engg., Vol. 17, 1983. - No. 4.

224. Tribological Study of Nano Lubricant Integrated Soybean Oil for Minimum Quantity Lubrication (MQL) Grinding / W. Jiang, A. Shih, P. Kalita, A. Malshe. Product Information 10, Published in the Transactions of NAMRI/SME, Vol. 38, 2010. - P. 137 - 144.

225. Verkerk J., Pekelharing A. J. The influence of dressing operation on productivity in precision grinding // CIRP Ann., 1979. Vol.28. - P. 487 - 495.

226. Volkov D.I., Koryazhkin A.A. Adaptive Belt Grinding of Gas-turbine Blades // Russian Engineering Research. - 2014. - T.34. - N.1. - P. 37 - 40. ISSN 1068-798X, E-ISSN 1934-8088.

227. Yo N.E., Peace T.R.A. Some observation on profile wear in creep feed grinding // Wear, 1983. Vol. 92. - P. 51 - 66.

228. Http: //www.abrasive s .ru

229. Https://lektsia.com/4x87bb.html

230. Http: //www.abraziv .ru

npH^o^eHHe

n.1.

American Journal of Modern Physics

(ISSN Print: 2326-8867, Online: 2326-8891) http://www.aimp.org

Dear V. G. GusevA. V. MorozovP. S. Shvagirev,

Here we would like to express the greeting from the editorial office ofÁ American Journal of Modern Physics (http://www.ajmp.org), an open access, peer-reviewed journal which is focused on publishing original research papers.

We have read your published paper with the title of Shaping of discrete abrasive segments for plane face grinding in Russian Engineering Research, and your topic is so much impressive. Physics has always been a hot topic, attracting the focus of many people. All scholars and experts are welcomed to propose a special issue on the related subjects. You will be the Lead Guest Editor in the case that your application is passed.

Launch a Special Issue and To Be the Lead Guest Editor:

A special issue is a collection of papers on a particular theme within the scope of the journal. You can spread

your new findings and researches through this platform.

Your colleagues and friends can also assist you in initiating a special issue.

Privileges of Becoming the Lead Guest Editor:

As the Lead Guest Editor, you can enjoy the privileges as below:

1. Publish one paper for free in your special issue.

2. Have the possibility to become the Chief Editor of the journal.

3. Get one hard copy for free when the special issue is ended smoothly.

4. Form your own editorial team and exchange ideas with them in your research area.

5. Establish your Personal Column on the website and receive a Certificate (PDF version).

Á

Scopes

Semi-structured systems

Database management technologies

Domain-driven development

Mobile databases

Obiect-oriented database systems

Web databases

Method engineering

Extreme modelling

Component engineering

Data warehousing and data mining

Active and dynamic databases

Distributed databases Meta-modelling

Web-based information systems

Unified Modelling Language Â

Instructions to Propose a Special Issue:

You can download the proposal form in the following link if you have the intention to propose a special issue

and be the Lead Guest Editor: http://www.ajmp.org/specialissues

Then fill in the proposal form and send it back to us via this email directly.. If you have any other problems, please contact us.

Best Wishes,

The Editorial Office of American Journal of Modern Physics

n. 2.

nternational Journal of Industrial and Manufacturing Systems Engineering

(ISSN Print: 2575-3150, Online: 2575-3142)

Current Issue: Vol.2, No.6, 2017_

Dear V. G. Gusev A. V. Morozov P. S. Shvagirev

Here we would like to extend our greetings from the editorial office of International Journal of Industrial and Manufacturing Systems Engineering (http://www.ijimse.org), an open access journal which publishes original research manuscripts.

We get to know your published paper titled Shaping of discrete abrasive segments for plane face grinding in Russian Engineering Research, and the topic has impressed us a lot.

Industrial Engineering and Manufacturing Systems have always been appealing to the concentration of many people. The journal welcomes all scholars and experts to propose a special issue on the related categories. Once your proposal is passed, you will be the Lead Guest Editor. Found a Special Issue and Be the Lead Guest Editor:

A special issue is a gather of papers focus on a particular theme within the scope of the journal. You can spread your new findings and researches through this platform. As the Lead Guest Editor, you can enjoy one paper published free of charge in your special issue.

Hereby, we would like to invite you to propose a special issue and be the Lead Guest Editor. Suggestions of Initiating a Special Issue:

We want to offer you two suggestions of starting your special issue:

1. Gather the conference papers in the journals as a special issue.

2. Organize a group with your colleagues or your students to initiate special issues.

Please download the proposal form in the following link if you want to propose a special issue and be the

Lead Guest Editor: http://www.ijimse.org/specialissues

When you completed the form, please send it back to us via this email directly.

Looking forward to your response.

Some Advantages of Being the Lead Guest Editor:

Being the Lead Guest Editor, you can enjoy the privileges below:

■ Provide you the chance to be the Chief Editor of the journal.

■ Obtain one hard copy for free when the special issue is finished successfully.

■ Build your own editorial team and exchange thoughts with them in your research fields.

■ Own a Personal Column on the website and gain a Certificate (soft copy).

Subject Related

■ Computer Methods for Engineering

■ Engineering Economy and Cost Estimation

■ Operations Research and mathematical models

■ Industrial Engineering Education and Practices

■ Sustainable Engineering and Development

■ Quality Engineering, Environment Risk Analysis

■ Management Information Systems

■ Ergonomics in Job and Work Design

■ CIMS, Robotics and Automation

■ Artificial Intelligence

Yours Sincerely,

The Editorial Office of International Journal of Industrial and Manufacturing Systems Engineering

À A QriT American Association for v v' Science and Technology

n. 3.

Engineering and Technolo

Dear V. G. GusevA. V. MorozovP. S. Shvagirev Submitting Your Papers:

We have read your published paper titled Shaping of discrete abrasive segments for plane face grinding in Russian Engineering Research and the topic is quite interesting.

So we wish to invite you to submit other valuable works of related topics to the journal. The journal welcomes manuscripts that meet the general criteria of significance and academic excellence. Related Ranges (including but are not limited to):

• Audio Engineering

• Industrial Engineering

• Electrical Engineering

• Acoustical Engineering

• Nuclear Engineering

• Corrosion Engineering

• Automotive Engineering

• Computer Engineering

Engineering and Technology (http://www.engtechnol.org; ISSN: 2381-1080) has been started with an aim for publishing recent research results in the form of original research articles and review articles in the areas related to engineering and technology. Join as a Member and Enjoy Special Offers:

As a member, valuable opportunities, new resources and discount for publication will be accessible to you

which will definitely advance your professional development. If you register as a member now, 30% to 50%

discount for publishing papers in featured journals will be offered to you. For more details, please check out:

http://www.engtechnol.org/membership

Please do not hesitate to contact us, if there is any question.

Best Regards,

Editorial Office of Engineering and Technology

n. 4.

Engineering and Applied Sciences (ISSN Print:2575-2022 ISSN Online: 2575-1468) Open Access (OA) Peer-reviewing Policy 50-90 Days Fast Publication

Nice day!

Your article published in Вестник машиностроения with the title Формование дискретных абразивных сегментов для плоского торцевого шлифования has left a deep impression on us.

Scholars and researchers specializing in плоское торцевое шлифование; пресс-форма; технологическая оснастка; формование; дискретный абразивный сегмент have expressed keen interests in your paper.

Submitting Your Manuscripts

Created with an aim to publish research papers, Engineering and Applied Sciences can make specialists in various scopes closer to the cutting-edge researches. In view of the advance, novelty, and potential extensive application of your research achievements, we sincerely invite you to submit other unpublished manuscripts of related fields to the journal. We are also quite looking forward to receiving your further research on the published paper.

If you have any interest, please click the link below to learn more information: http://www.easjournal.net/submission

Invitation of Being the Member of the Editorial Board/Reviewer

On behalf of the Editorial Board of the journal, we feel deeply honored to invite you to join

us as the editorial board member/reviewer of Engineering and Applied Sciences. Taking

your academic background and expertise in this field into account, the Board believe that

you may be the most suitable person for this position. We believe that this opportunity will

promote international academic collaborations.

You can click the link below to get more information about us:

http://www.easjournal.net/joinus

The excerpt of your research which is highly appreciated by us is listed as follows: Title: Формование дискретных абразивных сегментов для плоского торцевого шлифования

Abstract: Рассмотрены процесс формования дискретных абразивных сегментов для плоского торцевого шлифования и технологическая оснастка для его реализации. Определены технические и технологические решения, позволяющие

существенно уменьшить затраты при переходе на дискретное плоское торцевое шлифование.

Any questions, please feel free to contact us. Yours respectfully, Jessie Wright

Secretary in the Editorial Office of Engineering and Applied Sciences

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Межрегионального совета по науке и технолог иям на работы Морозова Алексея Валентиновича "Аэродинамические потоки, генерируемые дискретными периферийными шлифовальными кругами".

"Дискретизация режущей поверхности шлифовальных кругов высоко концентрированными потоками энергии"

Рассмотрев рукописи докладов Морозова A.B. "Аэродинамические потоки, генерируемые дискретными периферийными шлифовальными кругами". "Дискретизация режущей поверхности шлифовальных кругов высоко концентрированными потоками энергии" на XXXVII Всероссийской конференции по проблемам науки и технологий, посвященной 70-летию ГРЦ им. академика В.Г1. Макеева (13-15 нюня 2017 года. г. Миасс) и XII Международном симпозиуме по фундаментальным и прикладным проблемам науки (12-14 сентября 2017 года. г. Миасс,) опубликованные в Материалах XXXVII Всероссийской конференции "Наука и технологии" (М.: РАН. 2017) и XII Международного симпозиума "Фундаментальные и прикладные проблемы науки" (М.: РАН, 2017).

а также во исполнение Решения XXXVII Всероссийской конференции от 15.06.2017 г. № НИ'Г-39 и Решения XII Международного симпозиума от 14.09.2017 г. № ФППН-44

Межрегиональный совет по науке и технологиям принимает следующее Заключение:

1. Признать научные результаты, содержащиеся в работах Морозова A.B. "Аэродинамические потоки, генерируемые дискретными периферийными шлифовальными кругами", "Дискретизация режущей поверхности шлифовальных кругов высоко концентрированными потоками энергии", в качестве основы для подготовки и последующей защиты диссертации на соискание ученой степени доктора наук.

2. Рекомендовать Морозову A.B. подготовить рукопись монографии (объемом 120-180 страниц текста) по материалам выполняемой диссертации с учетом ее последующей публикации в серии "Итоги науки" (М.: PAI1.2017).

Директор МСНТ

19 сентября 2017 г г. Миасс

H.H. Ершов

I. Общая характеристика высокочастотных лискрешых крмов для торцового шлифования

Дискретный круг для высокочастотного торцового шлифования (в дальнейшем инструмент) представляет собой металлическую планшайбу, по периферии которой закреплены с помошью сухарей и болтов абразивные режущие сегменты, на плоскостях которых выполнены канаты, прерывающие процесс шлифования с высокой частотой и служащие для транспортировки смазочно-охлаждаюшей жидкости (СОЖ) к локальным площадкам контакта режущих абразивных зерен и связки с обрабатываемым металлом заготовки.

На корпусе инструмента установлен приемник, а внутри планшайбы закреплен распределитель смазочно-охлаждаюшей жидкости (СОЖ). которая подается от насоса во вращающийся на рабочей частоте инструмент, проходит через приемник, распределитель и каналы в сегментах, выполненные со стороны установочной плоскости. При этом СОЖ разгоняется до скорости резания и направляется непосредственно на площадки контактного взаимодействия режущих, давящих абразивных зерен и связки с обрабатываемым материалом, осуществляя интенсивный конвективный отвод тепла, образующегося в зоне резания.

2. Подготовка абразивных со ментов и их установка на несущую основу инструмента (планшайбу )

Твердость дискретных абразивных сегментов необходимо выбирать на 2-3 степени выше, чем сегментов со сплошной режущей поверхностью. Дискретные сегменты необходимо визуально осмотреть, при этом трещины, сколы на сегментах не допускаются.

Металлическая несущая основа дискретного инструмента со встроенным распределителем СОЖ устанавливается и закрепляется на шпинделе плоскошлифовального станка известным способом, как и стандартного инструмента.

Для дискретных шлифовальных кругов, побывавших в работе перед установкой и закреплением сег ментов на металлической основе необходимо убедиться в том. что каналы в планшайбе и распределителе СОЖ не засорены отходами шлифования.

Для этого при неподвижном инструменте подают СОЖ в конструкцию крута. Если СОЖ свободно и равномерно вытекает из всех каналов абразивных сегментов, то они не засорены.

Если СОЖ И1 всех каналов планшайбы вытекает неравномерно, то часть — тл ссорена и их следует прочистить деревянной или пластмассовой III-оорашон вилкой, диаметр зуба вилки - 9... 10 мм.

После того, как у бедились в отсутствии засорения каналов планшайбы, приступают к установке и закреплению сегментов, на планшайбе. Для этого необходимо выключить полачу СОЖ в дискретный шлифовальный

инструмент. Сегменты поочередно вставляют в гнезда планшайбы и закрепляют сухарями при затягивании болтов. Одним сухарем закрепляется одновременно два соседних сегмента.

3. Pea.il« «аинн высокочастотного дискретного процесса шлифования

I орцовым инструментом

Установите и закрепите заготовки, например, на круглом магнитном столе станка (стол должен быть отведен от круга). Поднимите дискретный круг над заготовками, убедитесь в том. что реж\щая плоскость круга расположена выше обрабатываемой поверхности заготовок, установленных на магнитном столе.

Закройте защитные щиты, включите вращение инструмента и стола с заготовками, включите подачу СОЖ в инструмент, при этом СОЖ должна вытекать из круга с высокой скоростью в плоскости нижних режущих торцов сегментов.

При включенном вращении шпинделя, стола станка и подаче СОЖ опустите инструмент до момента легкого касания абразивных сегментов с заготовками (контроль по появлению мелкой искры).

Включите механическую подачу круга на деталь и осуществляйте процесс обработки заготовок до нужного размера. Затем отведите стол от круга и выключите подачу СОЖ в инструмент.

Отодвиньте защитный щит, снимите обработанные детали со стола, промойте его рабочую поверхность и детали смазочно-охлаждающей жидкостью, поступающей от насоса по шлангу. Установите и закрепите новые заготовки на чистой поверхности магнитного стола и проводите обработку следующей партии заготовок.

В процессе шлифования необходимо периодически проверять затяжку болтов, крепящих сегменты, прн их ослаблении необходимо болты подтянуть. Периодически (1-2 раза в смену) проверяйте каналы в распределителе СОЖ. абразивных сегментах на отсутствие засорения отходами шлифования и прочищайте каналы прн необходимости Ш-образной вилкой.

Запрещается использование при шлифовании загрязненной СОЖ, которая приводит к частому засорению каналов, рабочей зоны и требует и траты вспомогательного времени на их очистку, что отражается на ^ < «сини производительности процесса обработки и качества шлифованного поверхностного слоя.

В процессе шлифования необходимо обеспечивать подачу СОЖ не « .-с " .тра на I мм высоты абразивного сегмента.

Г1 ..1 д недостаточного количества СОЖ в плоскость резания

засорения каналов планшайбы или канатов сегментов; неправильной установки сегментов; повышенной загрязненности СОЖ

приведет к:

- увеличению расхода и частой замене абразивных сегментов;

- ухудшению качества обработанных поверхностей деталей;

- повышению технологической себестоимости операции дискретного шлифования.

Работа чистой СОЖ гарантирует продолжительную и устойчивую работу дискретного инструмента, уменьшение количества изношенных сегментов, чистоту рабочей зоны станка (не требуется частое удаление и вывоз шлама), высокую производительность процесса и качество шлифованных поверхностей деталей.

Инструкцию разработал: к.т.н., доцент кафедры «Технология машиностроения»

/ Ни ИР

у, лМ- Федин » 2019 г.

АКТ

испытания способов высокочастотной дискретизации инструментов для плоского периферийного шлифования, разработанных Морозовым A.B. в рамках выполненной диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Комиссия в составе директора института машиностроения и автомобильного транспорта, ФГБОУ ВО «Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых» (ВлГУ). к.т.н.. доц. Ёлкнна А.И., заместителя заведующего кафедрой «Технология машиностроения» ВлГУ, к.т.н.. проф. Жданова A.B., к.т.н., доц. Морозова A.B., заведующего лабораториями Круглова A.B. составила настоящий акт в гом, что в условиях кафедры «Технология машиностроения» проведено испытание технологии изготовления дискретных высокочастотных абразивных кругов для плоского периферийного шлифования, разработанной к.т.н., доц. Морозовым А.В в рамках выполненной докторской диссертации.

I. Цель испытания

Оценка возможности обеспечения требуемого качества дискретных высокочастотных периферийных абразивных кругов, изготовленных в соответствии с различными способами дискретизации, а именно: оценка технологической возможности получения малых прерывающих участков режущей поверхности и обеспечение незначительных их геометрических погрешностей; отсутствие термического повреждения абразивного рабочего слоя инструмента и обеспечение высокой механической прочности, позволяющих реатизовать высокие режимы дискретного шлифования без разру шения ннструметгга при действии внешней рабочей нагрузки.

2. Методика проведения испытаний

Радиальные н наклонные отверстия в теле абразивного инструмента, работающего периферией, вырезали цельными сверлами из твердого сплава ВК-5. лазерным лучом н гидроабразивной струей высокого давления. При вырезании лазерным лучом на периферийной режу щей поверхности большого

количества радиальных отверстий использовали технологический волноводный С02 —лазер модели ТЛ 1000 с диффузионным охлаждением рабочей смеси. Длина волны лазерного излучения - 10,6 мкм; номинальная мощность 850 Вт; максимальная мощность- 1000 Вг; частота импульсов-(100-500) Гц; длительность импульса излучения - (1,0-0,2) миллисекунды. Для реализации процесса дискретизации периферийного режущей поверхности разработана и изготовлена технологическая оснастка.

Прожигали отверстия по одной строке, параллельной оси инструмента, а также парами смежных строк (по длинной и короткой строкам) с поочередным позиционированием лазерного луча с одной строки на другую.

Дискретизацию периферийной режущей поверхности инструмента проводили также на гндроабразнвной установке ALBA 4-1313, для этого была также разработана и изготовлена соответствующая технолог ическая оснастка. Давление рабочей смеси в гидроабразивной установке - 5,33 КПа. Давление воды в контуре высокого давления Р — (384-432) МПа.

Для вырезания отверстий использовали гранатовый абразив типа GMA Garnet Mesh 80 (размер частиц абразива - 0.178 мм). Расход гранатового абразива QMV - 150 г/мин., скорость перемещения режущей головки F - 1,0 м/мин. Диаметр сопла J, = 0,25 мм. диаметр фокусирующей трубки d,t, „ = 0,76 мм. длина трубки =75 мм.

Высокочастотной дискретизации периферийной режущей поверхности подвергали шлифовальные круги со следующими характеристиками: ПП 250*76*32 25AF40K8V5A2 ГОСТ Р52381-2005. ГОСТ Р52587-2006 - для предварительного шлифования и ПП 250*76*32 25AF60M8V5A2 - дтя окончательного шлифования.

Реализация указанных выше способов высокочастотной дискретизации периферийной режущей поверхности шлифовальных кругов позволила оценить эффективность каждого из способов, выбрать на основе их сравнения способ для практической реализации и определить области рационального их использования.

З.Резулыагы испытаний

Применение цельных твердосплавных сверл дтя вырезания в абразивном материале шлифовальных кругов радиальных отверстий на глубину полезно используемого рабочего абразивного слоя показало, что из-за малого диаметра сверла (2-4 мм) обработка стала возможной прн минимальной подаче, допускаемой станком; цилиндрическая часть и режущие лезвия сверла интенсивно изнашивались в течение короткого времени (2-3 минуты). Исходная цилиндрическая форма сверла принимала явно выраженную коническую поверхность, что отразилось на значительной геометрической погрешности отверстий. Интенсивному износу подверглась также винтовая ленточка, что приводило к повышению коэффициента трения и температуры в зоне резания.

II» указанным причинам от применения твердосплавных сверл отказались. Применение искусственных алмазов для сверления отверстий не рассматриваюсь по причине высокой стоимости инструмента.

Испытания технологии изготовления дискретных высокочастотных шлифовальных кругов с использованием высококонцентрированных потоков энергии (лазерного луча и гилроабразивной струи высокого давления) показали, что этот способ дискретизации является значительно более эффективным по сравнению со способом механической обработки.

В результате сравнительных испытаний технологии вырезания радиальных отверстий диаметром 3 мм установлено, что машинное время для выполнения 245 отверстий на глубину 25 мм гндроабразнвной струей высокого давления составило 115 минут, в то время как при прожигании тех же отверстий лазерным лучом машинное время составило 480 минут. Столь большая разница в производительности объясняется необходимостью высокочастотного позиционирования и кратковременного воздействия лазерного луча на абразив во избежание его термического повреждения.

Высокочастотное позиционирование гндроабразнвной струи высокого давления с одной строки отверстий на другую в процессе вырезания отверстий не требуется, поскольку при использовании гилроабразивной струи температура в зоне вырезания абразива составляла (30-40)°С, которая не вызывала термического повреждения абразивного матсриата.

Производительность вырезания радиальных отверстий диаметром (1< 1,0 мм лазерным лучом больше, чем гилроабразивной струей, поскольку удаление малого объема абразива сопровождается сравнительно низкими температурами в зоне резания. что исключает необходимость высокочастотного позиционирования лазерного луча во избежание структурного изменения абразива. При вырезании отверстий диаметром с!> 1,0 мм более высокая производительность обеспечивается прн использовании гндроабразнвной струн высокого давления.

Сравнение геометрической точности отверстий, вырезанных лазерным лучом и гилроабразивной струёй, показало, что погрешность диаметрального размера для обоих источников энергии примерно одинакова. Наилучшие результаты по обеспечению требуемой точности размеров отверстий и производительности процесса высокочастотной дискретизации обеспечивает траектория движения лазерного луча или гилроабразивной струи, при которой высококонцентрированный поток энергии перемешается по отрезкам параллельных прямых и отрезкам, соединяющим конечные точки предшествующих параллельных отрезков с начатьными точками последующих отрезков.

Дискретн зация лазерным лу чом и гндроабразнвной стру ей показала, что для выполнения прерывающих участков больших размеров (70 мм и более) высококонцентрнрованные потоки энергии не обеспечивают требуемой точности этих участков, характеризуются высокой трудоемкостью и себестоимостью процесса дискретизации. Дискретизация протяженных

участков обеспечивается способом традиционного прессования абразивных изделий.

В результате лазерного н гидроабразивного вырезания отверстий с использованием описанной траектории движения была изготовлена партия дискретных шлифовальных кругов, при этом были получены стабильные результаты по производительности и качеству дискретного инструмента.

Изготовленные дискретные шлифовальные круги непышны в соответствии со стандартом на механическу ю прочность путем врашения в течение 7 минут на частоте 4320 мин-1, которая превышает рабочую частоту в 1.5 раза. Указанное превышение рабочей частоты обеспечивает запас механической прочности дискретного инструмента в 2,25 раза, что позволяет использовать инструменты в процессах шлифования изделий на высоких режимах резания.

4. Вывозы

I. Предложенная технология дискретизации режущей поверхности периферийных шлифовальных кругов путем использования высоко концентрированных потоков энергии является значительно более эффективной по сравнению с дискретизацией способом механической обработки.

¿.Лазерное излучение, использованное для выжигания отверстий диаметром £/< 1,0 мм, обеспечивает более высокую производительность процесса дискретизации (на 6 - 8) % по сравнению с гндроабразивной струей. При вырезании отверстий диаметром </>1,0 мм большую производительность обеспечивает гидроабразивная струя высокого давления, поскольку при вырезании высокочастотное позиционирование струи с одной строки отверстий на дру гую не требуется.

3.Режимы дискретизации, предложенные соискателем, обеспечивают получение требу емых размеров прерывающих участков режущей поверхности шлифовальных кругов при отсутствии термического повреждения абразивного материала в процессе лазерного выжигания радиальных и наклонных отверстий.

4.Проведенные испытания дискретных высокочастотных абразивных инструментов на механическую прочность при 1,5-кратной перегрузке по частоте врашения обеспечило достаточно высокий коэффициент запаса прочности (к—2.25) и возможность использования инструментов на операциях интенсивного дискретного плоского периферийного шлифования без рлрушения дискретных кругов под действием внешней рабочей нагрузки.

5.Результаты испытаний показати также, что предложенная технология высокочастотной дискретизации режущей поверхности шлифовальных инструментов представляет собой новое перспективное направление эффективного использования высококонцентрированных потоков энергии в

УТВЕРЖДАЮ Директор

АКТ

испытаний на прочность дискретного шлифовального круга

Комиссия в составе начальника бюро механосборочных работ Куприяновой Е.А. и инженера-технолога ООО "ВЭМЗ Оснастка" Виктошихина A.A. составила настоящий акт в том. что дискретные шлифовальные круги с лазерной дискретизацией режу щей поверхности с характеристиками:

I Нару жный диаметр - 250мм

2. Высота круга-32мм

3 Диаметр посадочного отверстия 76мм

4. Диаметр радиальных отверстий 1.8мм: 3,2мм; 5,3мм

5. Партия-6шт

были подвергнуты испытанию на прочность путем вращения на испытательном стенде инструментатыюго цеха ООО "В'ЭМЗ Оснастка".

Режимы испытаний:

В соответствии с ГОСТ Р 52588-2006 предельная рабочая скорость V -?7.7м/с. Проверку на прочность проводили на испытательной скорости \ _ -б5 м с (табл. 6. с.19. см. упомянутый ГОСТ). Названые скорости соответствуют следующим частотам вращения инструмента: п,-2880мин"'; пь, . =4970мин 1

Результаты испытаний

Все :-~>ретные шлифованные крути выдержат испытания, при этом не бы то хжаружено отрывов частей абразивного инструмента, сколов или tpe-

Купрнянова Е.А. Виктошихин A.A.

АКТ

ВЕРЖДАЮ. ор по ЫиИР [А. В. Феднн 2019 г.

об использовании в учебном процессе результатов докторской диссертации к.т.н., доценга Морозова A.B.

Комиссия в составе директора института машиностроения и автомобильного транспорта (ИМиАТ) Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столетовых (ВлГУ), к.т.н., доц. Ёлкина А.И., заместителя заведующего кафедрой «Технология машиностроения» (ТМС), к.т.н., проф. Жданова A.B. составила настоящий акт в том, что результаты исследований процессов и инструментов для дискретного высокочастотного плоского периферийного и торцового шлифования, полученные Морозовым A.B. в докторской диссертации, используются в учебном процессе при:

- чтении лекций и проведении практических занятий с бакалаврами (направление подготовки 15.03.05 Конструкторско-технологическое обеспечение (КТО) машиностроительных производств) но дисциплинам «Технология машиностроения», «Металлорежущий инструмент»;

выполнении практических заданий но конструированию технологической оснастки, дискретных шлифовальных инструментов и устройств для центробежной подачи смазочно-охлаждаюшей жидкости, обеспечивающих формирование гидродинамических клиньев:

- проектировании шлифовальных инструментов с высокочастотной дискретной режущей поверхностью в курсовых проектах и выпускных квалификационных работах магистров (направление подготовки 15.04.05 КГО машиностроительных производств; программа подготовки 05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки;

- назначении режимов дискретного шлифования, обеспечивающих повышение производительности шлифовальных операций и качества обработанного поверхностного слоя.

Директор ИМиАТ. к.т.н., доц. Зам. зав. кафедрой ТМС. к.т.н., проф.

ч-

Ёлкин А.М. Жданов A.B.

« » мая 2019 г.

АКТ

об использовании в научных исследованиях результатов докторской диссертации к.т.н., доцента Морозова A.B.

Комиссия в составе директора института машиностроения и автомобильного транспорта (ИМиАТ) Владимирского государственного университета им. А.Г. и Н.Г. Столетовых (ВлГУ), к.т.н., доц. Ёлкина А.И., заместителя заведующего кафедрой «Технология машиностроения» (ТМС), к.т.н.. проф. Жданова A.B.. к.т.н. составила настоящий акт в том. что результаты моделирования напряженного состояния инструментов для высокочастотного дискретного плоского и торцового шлифования, температуры заготовки и формирования геометрии обработанных поверхностей, используются при проведении научно-исследовательской работы и подготовке магистерских диссертаций, а именно при:

- научном обосновании схемы дискретизации режущей поверхности периферийных и торцовых шлифовальных инструментов с различными абразивными и размерными характеристиками, предназначенными для обработки ответственных поверхностен различных деталей машин:

- моделировании механической прочности периферийных и горновых шлифовальных инструментов, подвергнутых дискретизации режущей поверхности высококонцентрированными потоками энергии и традиционным прессованием;

- моделировании тепловой напряженности процессов дискретного плоского и торцового шлифования и обосновании режимов резания, исключающих термическое повреждение обработанного поверхностного

слоя:

- -еоретичсском анализе вибрационного состояния технологической системы плоского дискретного периферийного и торцового шлифования:

- анализе формирования поверхностей, шлифуемых дискретными периферийными и торцовыми кругами:

- проведении научных исследовании, связанных с обеспечением геометрической точности технологических операций финишной обработки изделий и разработке технологических и конструкторских решений но уменьшению конечных погрешностей обработки;

выполнении выпускных магистерских диссертаций научно-исследовательского характера;

- выполнении в рамках проектно-орнентированной образовательной программы научно-исследовательской работы по теме: «Разработка и исследование нового технологического способа финишной обработки ответственных деталей машин связанным абразивом, обеспечивающего одновременную предварительную и окончательную обработку плоских поверхностей».

Директор ИМиАТ, к.т.н., доц.

Ёлкнн А.И,

Жданов А.В.

Утверждаю:

Заместитель директора завода -5рй>в»и^й инженер

A.B. Гребенщиков

АКТ

внедрения результатов лнсссртяиионной работы

МОРОЗОВА A.B.. представленной на соискание ученой степени доктора технических наук: «Повышение эффективности плоского шлифования на основе разработки инструментов и процессов высокочастотного дискретного резания»

Мы. представители «Воронежского механическою завода» - филиала АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева» настоящим актом подтверждаем, что результаты диссертационной работы Морозова A.B. используются при производстве деталей жидкостных ракетных двигателей и в инстру ментальном производстве.

Результаты исследований Морозова A.B. используемые в производстве «Воронежского механического завода» - филиала АО «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева»:

- рекомендации по расчёту геометрической точности поверхности шлифованной кругами с дискретизацией режущей поверхности реализованной нысококонцентрнрованным потоком энергии;

• новая конструкция дискретного шлифовального инструмента;

- технологический процесс плоского периферийного шлифования.

Заместитель главного технолога

(кдмдилят технических нл\к)

А.Ю. Рязаниев

Начальник производства «Инструме1гталыцик»

В В. Золотарев

Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом» Акционерное общество «Владимирское производственное объединение «Точмяш» (АО «BIIO «Точмаш»)

АКТ

28.03.2019

г. Владимир

№50-24/9

внедрения результатов диссертационной роботы доиент:кафедры «Технология машиностроения» ФГБОУ ВО «Вл1"У» Морозова A.B. «Повышение .»фиктивности плоского шлифования на основе разработки инструментов н процессов высокочастотною дискретного резания», представленной на соискание ученой степени доктора технических наук

Комиссия в составе начальника технологического бюро Поздеева И.Л. и инженера-технолога Тимаковой Г.А АО «BIIO «Точмаш» составила настоящий акт в том. что следующие результаты диссертационной работы Морозом А.В внедрены в производственный процесс предприятия, а именно:

- конструкции высоко эффективных дискретных абразивных инструментов лля высокоточною плоского периферийного и торцового шлифования;

• устройства для подачи СОЖ, обеспечивающих формирование гидродинамических клиньев СОЖ. повышение ее смазочного, охлаждающего, моющего н диспергирующего действия;

- обоснование режимов шлифования и характеристики абразивных материалов инструментов, применяемых в процессах высокочастолюго дискретного плоского торцевого шлифования.

I [рименснис дискретного абразивного инструмента позволило повысить микротвердость обработанных поверхностей деталей на (17-19)%, повысить период стойкости шлифовального инструмента в 4,5-4.9 раза по сравнению со стандартным шлифованием, при соблюдении всех технических требований рабочих чертежей деталей (отклонение от плоскостности перпендикулярности, шероховатость поверхностей, точность размеров, отсутствие прижогов и лр.)

Плановый экономических эффект от внедрения указанных результатов составляет 2

(два) млн. руб.

Заместитель генерального директора по развитию перспективной продукции и продукции ОПД

Согласовано

11ачальник отдела главного технолога

.В. Щаветен

М.В. Слободонюк