Повышение эффективности суперфиниширования путем рационального применения смазочно-охлаждающей жидкости тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.01, кандидат технических наук Башкирцева, Ирина Владимировна

• Башкирцева, Ирина Владимировна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Башкирцева, Ирина Владимировна

Введение.:.

Глава 1. Влияние СОЖ на технологические показатели процессов финишной абразивной обработки.

1.1. Перспективные направления исследований.

1.2. Влияние среды на процессы разрушения и деформации твердых тел.'.

1.3. Механизм диспергирования твердого тела.

1.4. Выводы и постановка задачи исследований.

Глава 2. Разработка математической модели процесса абразивного диспергирования материалов.:.

2.1. Расчетные параметры процесса.'.

2.2. Выводы.

Глава 3. Методики исследований.

3.1. Программа исследований.333.2. Методика проведения экспериментов при абразивном диспергировании металлов (суперфиниширование, хонингование).

3.3. Методики исследования'основных процессов, протекающих внконтакте «инструмент - деталь».

3.4. Методика исследования физико-химических свойств СОЖ.

3.5. Методика исследования реологических характеристик систем СПД.

3.6. Методика исследования влияния СОЖ на коэффициент трения абразивного зерна по металлу.

3.7. Методика определения удельной поверхности продуктов абразивного диспергирования металла.

3.8. Методика исследования кинетики седиментации продуктов диспергирования металла в смазочно-охлаждающих жидкостях

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований.

4.1. Физико-химические свойства смазочно-охлаждающих жидкостей

4.2. Влияние СОЖ на процессы, протекающие в контакте «инструмент - деталь».7.

4.3. Исследование реологических характеристик коллоидных систем СПД.

4.4. Исследование влияния СОЖ на коэффициент трения абразива по металлу.

4.5. Исследование влияния реологических свойств системы СПД' на интенсивность абразивного диспергирования.металла

4.6. Влияние свойств СОЖ на удельную энергию абразивного диспергирования металла.

4.7. Влияние СОЖ на износ абразивного инструмента и качество обработанной поверхности.

4.8. Выводы.

Глава 5. Рациональное применение состава СОЖ при финишной абразивной обработки.

5.1. Экспериментальная проверка математической модели процесса абразивного диспергирования металла.

5.2. Рекомендации по рациональному применению СОЖ для процесса абразивного диспергирования металла.

5.3. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности суперфиниширования путем рационального применения смазочно-охлаждающей жидкости»

Актуальность проблемы. Повышение объема производства машин и оборудования, улучшение их эксплуатационных характеристик связано с совершенствованием процессов финишной абразивной обработки: хонингова-ния, суперфиниширования, доводки.

Решение задач повышения эффективности финишных операций реали-зовывалось путем выбора рациональных режимов обработки и характеристик абразивного инструмента, подбора состава смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ). Вместе с тем сущность физико-химических процессов, протекающих в зоне контакта инструмента и детали, недостаточно изучена.

При описании механизма явлений в зоне обработки зачастую преобладает подход, базирующийся на представлениях механики контактного взаимодействия поверхностей при различных режимах трения. Вне поля зрения исследователей остаются физико-химические явления, сопровождающие образование новых поверхностей при диспергировании обрабатываемой детали абразивным инструментом.

В литературе по проблемам технологии финишной абразивной обработки недостаточно полно проводится физико-химический анализ процессов, протекающих на поверхностях обрабатываемой детали, инструмента, частицах диспергированного материала. В связи с вышеизложенным, необходимость рассмотрения процессов финишной абразивной обработки с позиций физико-химической механики материалов особенно актуально.

Цель работы. Повышение эффективности суперфиниширования путем рационального применения смазочно-охлаждающей жидкости.

Научная новизна. Основные научные положения диссертации получены с использованием нового методического подхода к исследованию технологии финишной абразивной обработки с позиций физико-химической механики материалов.

Показано влияние физико-химических свойств СОЖ (краевой угол смачивания, поверхностное натяжение, энергия адгезии) на интенсивность абразивного диспергирования металлов, качество обработанной поверхности и ее эксплуатационные характеристики, в основе механизма которой лежит эффект (Ребиндера) адсорбционного облегчения деформации и разрушения твердого тела в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ).

Разработана математическая модель процесса абразивного диспергирования, которая позволяет оценивать качество СОЖ на стадии их разработки.

Установлено, что интенсивность абразивного диспергирования металла и качество обработанных поверхностей повышается за счет применения водных СОЖ, в состав которых наряду с ПАВ введены стабилизаторы и диспер-гаторы продуктов разрушения металла и инструмента.

Практическая ценность и реализация результатов работы. На основе теоретических и экспериментальных исследований предложено новое технологическое направление рационального применения состава СОЖ для процессов суперфиниширования, включающая определение физико-химических показателей СОЖ с оценкой их качества по эксплуатационным характеристикам. Указанная разработка внедрена на ОАО «Волжский завод металлоконструкций» с ожидаемым экономическим эффектом 84 тыс. руб.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на Всероссийских и международных конференциях «Российская школа по проблемам науки и технологий) (г. Миасс, 2005 - 06), «Абразивное производство (г. Челябинск, 2005), «Материалы и технологии XXI века» (г. Пенза, 2005), «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы» (г. Волжский, 2005 - 06).

Работа в полном объеме была представлена на расширенном заседании кафедры «Технологии производства и обработки материалов» (Волжский институт строительства и технологий) и рекомендована к защите.

Публикации. По диссертации опубликовано 8 печатных работ, 2 из которых в центральных изданиях, включенных в перечень периодических изданий ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, приложения и списка литературы (129 наименований). Объем диссертации 112 страниц машинописного текста, содержит 33 рисунков и 8 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки», Башкирцева, Ирина Владимировна

5.3. Выводы

1. Предложенная математическая модель удовлетворительно описывает процесс абразивного диспергирования металла.

2. Использование данной модели позволило определить пути интенсификации процесса абразивного диспергирования металла, повышения качества обработки, а также позволило более полно объяснить результаты исследований других авторов с точки зрения механизма действия СОЖ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В основе механизма1 действия смазочно-охлаждакяцей жидкости при абразивном; диспергировании металлов* шлифовальными брусками; лежит, эффект, адсорбционного-облегчениящеформациши:разрушения-твердого тела в присутствии IIAB (эффект Ребиндера).

Показана специфичность адсорбционного эффекта облегчения разрушения твердого тела при» действии ПАВ, определяемая - совокупностью физико-химических' факторов: химическим составом СОЖ и-металла, условиями• деформации: ,

2. Установлено? влияние* СОЖ на; динамику», процесса абразивного дисг пергирования металла (условия деформации*; и разрушения-; твердого? тела), которое выражается; в £ изменении; реологических? характеристик коллоидной системы «СОЖ + продукты диспергарования>> в^контакте «брусок — деталь». Для; данного вида- абразивного диспергирования; металла-; реологические свойства коллоидной^ системы в контакте «брусок^— деталь» является' определяющим; условием для. реализации1 эффекта адсорбционного облегчения деформации и разрушения.

3. Показано влияние физико-химических свойств СОЖ (краевой угол смачивания;, поверхностное натяжение, энергия? адгезии); на интенсивность абразивного диспергирования- металлов, качество - обработанной; поверхности и ее эксплуатационные характеристики.

4. Разработана математическая модель; процесса абразивного диспергирования в присутствии СОЖ. Установлена усталостная природа разрушения; металла при данном процессе. Диспергирование частицы, микрообъема металла- происходит по достижению определенного числа воздействий (число циклов) ша; него: абразивного'зерна. Число-циклов;. приводящее к разрушению, зависит от динамики; процесса, поверхностных, и химических свойств среды.

Использование математической модели: процесса7 абразивного' диспергирования металла позволяет оценивать качество СОЖ на стадии их разработки.

5. Разработана установка и методика для оценки смазочных свойств СОЖ в условиях граничного трения:абразивного зерна по металлу. Показано влияние физико-химических свойств среды на динамику граничного трения и характер? контактных, взаимодействий: абразивного зерна и металла, при- трении; . ;

6. Установлено, что интенсивность абразивного-диспергирования металла и качество обработанных поверхностей? повышается за счет применения водных СОЖ, в состав которых наряду с ПАВ введены стабилизаторы и диспергаторы продуктов - разрушения, металла, и;: инструмента -на - ВМС (например ?КМЦ). Разработаны^ требования, предъявляемые к СОЖ для абразивного диспергирования металла шлифовальными брусками.

1. . Влияние СОЖ на износ шлифовальных брусков на> керамической: связке выражается в. адсорбционном- понижении их прочности (твердости). Износ алмазных брусков обусловлен их адгезионным-взаимодействием' с обрабатываемым металлом. Действие СОЖ на износ сводится к изменению; трения абразива по металлу.

8. На основе теоретических и экспериментальных исследований предложено новое технологическое направление рационального применения состава СОЖ для процесса суперфиниширования, включающая определение физико-химических показателей СОЖ с оценкой их качества по эксплуатационным характеристикам. Указанная разработка внедрена на ОАО «Волжский: завод металлоконструкций» с ожидаемым экономическим эффектом 84 тыс. руб;

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Башкирцева, Ирина Владимировна, 2009 год

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

2. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. М. : Наука, 1976. -269 с.

3. Башкирцева, И. В. Исследование влияния смазочно-охлаждающих жидкостей,на коэффициент трения абразива по металлу / О. В. Душко, В. М. Шумячер, И. В. Башкирцева // Технология машиностроения. — 2005. — № 12. -С. 39-41.

4. Башкирцева, И. В. Математическая модель процесса абразивного диспергирования металла / О: В. Душко, В. М. Шумячер, И. В. Башкирцева // Технология машиностроения. 2005. - № 12. — С. 46 - 50.

5. Бердичевский, Е. Г. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки материалов : справочник / Е. Г. Бердичесвский. — М. : Машиностроение, 1984. 224 с.

6. Безъязычный, В. Ф. Эффективность применения твердых смазочных композиций»при обработке лопаток ГТД / В. Ф. Безъязычный", А;-В. Лобанов, Ю. А. Рудин // Вестник машиностроения. 1994. - № 3: - С. 32 - 34.I

7. Билик, Ш. М. Абразивно-жидкостная обработка металлов / Ш. М. Билик. М. : Машгиз, 1960. - 198 с.

8. Богомолов, Н. И. Оптимизация и особенности процессов абразивной доводки / Н. И. Богомолов // Теория и практика алмазной и абразивной обработки деталей приборов и машин : тез. докл. Всесоюз. конф. МВТУ им. Н. Э. Бауманна. М., 1973. - С. 13 - 19.

9. Бокучава, Г. В. Трибология процесса шлифования / Г. В. Бокучава. — Тбилиси : Сабгота сакартбело, 1984. 238 с.

10. Боуден, Ф. Трение и смазка / Ф. Боуден, Д. Тейбор. М. : Машгиз, 1960.- 152 с.

11. Булыжев, Е. М. Ресурсосберегающее применение смазочно-охлаждающих жидкостей при металлообработке / Е. М. Булыжев, JT. В. Ху-добин. — М. : Машиностроение, 2004. 352 с.

12. Бушманов, Б. Н. Физика твердого тела / Б. Н. Бушманов, Ю. А. Хромов. -М. : Высшая школа, 1971. — 224 с.

13. Васин, С. А. Резание металлов. Термомеханический подход к системе взаимосвязей при резании / С. А. Васин, А. С. Верещака, В. С. Кушнер. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. - 448 с.

14. Верещака, А. С. Анализ проблемы экологически безопасного резания / А. С. Верещака // Конструкторско-технологическая информатика : труды IV Междун. конгресса. М. : МГТУ «Станкин», 2000. - Т. 1. - С. 112 -115.

15. Виноградов, Г. В. Механизм противоизносного и антифрикционного действия смазочных средств при тяжелых режимах граничного трения / Г. В. Виноградов, Ю. А. Подольский // Природа трения твердых тел. Минск : Наука и техника, 1971. - С. 210 - 213.

16. Волков, М. П. Исследование влияния физико-химических свойств СОЖ на качество и динамику процесса шлифования / М. П. Волков, В. М. Шумячер // Абразивы. 1977. - № 4. - С. 1 - 3.

17. Выбор обрабатывающих сред при полировании деталей уплотненным абразивом / В. А. Скрябин и др. // Машиностроитель. 1998. - № 35. -С. 22-23.

18. Годлевский, В. А. Повышение эффективности и качества обработки материалов резанием путем управления смазочным действием СОТС : дис. . д-ра техн. наук / В. А. Годлевский. — Иваново : ИвГУ, 1995. 556 с.

19. Демкин, Н. Б. Контактирование шероховатых поверхностей / Н. Б. Демкин. М. : Наука, 1970. - 227 с.

20. Дерягин, Б. В. Адгезия твердых тел / Б. В. Дерягин, Н. А. Кротова, В. П. Смилга. М. : Наука, 1973. - 279 с.

21. Доводка прецизионных деталей машин / П. Н. Орлов и др. ; под ред. Г. М. Ипполитова. М. : Машиностроение, 1978. — 256 с.

22. Ефимов, В. В. Научные основы техники подачи СОЖ при шлифовании. Саратов : изд-во Саратовского гос. ун-та, 1985. — 140 с.

23. Ешенко, Е. П. Эффективное внедрение СОЖ в металлообрабатывающих производствах / Е. П. Ещенко // Мир техники и технологии. — 2003. -№ Ю.-С. 64-65.

24. Жулев, А. А. Применение водных СОЖ при суперфинишировании деталей подшипников / А. А. Жулев, Б. И. Коротков, М. П. Волков // Станки и инструменты. 1980. - № 9. - С. 29 - 30.

25. Иванов, Ю. И. Пожароопасные СОЖ / Ю. И. Иванов // Машиностроитель. 1972. - № 2. - С. 32.

26. Измайлова, В. В. Структурообразование в дисперсных системах / В. В. Измайлова, П. А. Ребиндер. М. : Наука, 1974. - 268 с.

27. Карпов, Н. Ф. Эффективность действия различных поверхностно-активных веществ на процесс абразивной доводки / Н. Ф. Карпов, P. HI Ошер, И. Ф. Молохов // Станюъи инструмент. 1984. - № 12. - С. 32.

28. Кащеев, В. Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов / В. Н: Кащеев. М. : Машиностроение, 1978. - 213 с. ^

29. Киселев Е.С. Технологическая эффективность современных СОЖ для лезвийной обработки / Е. С. Киселев, А. Н. Унянин, С. 3. Курзанова // СТИН.- 1995.-№ 11.-С. 22-25.

30. Концентрат синтетической смазочно-охлаждающей жидкости для механической обработки металлов / А.В. Радушев и др. // Химия и технология топлив и масел. 1997. - № 4. - С. 14-15.

31. Корчак, С. Н; Производительность процесса шлифования стальныхрдеталей / С. Н. Корчак. — М. : Машиностроение, 1974. — 280 с.j *