Разработка и исследование инструмента и процесса плоского торцового шлифования дискретными абразивными сегментами
На правах рукописи
Швагирев Павел Сергеевич РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ИНСТРУМЕНТА И ПРОЦЕССА ПЛОСКОГО ТОРЦОВОГО ШЛИФОВАНИЯ ДИСКРЕТНЫМИ АБРАЗИВНЫМИ СЕГМЕНТАМИ Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Владимир 2011
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
Научный консультант: доктор технических наук, профессор Гусев Владимир Григорьевич
Официальные оппоненты: Заслуженный изобретатель РФ, доктор технических наук, профессор Денисенко Владимир Иванович кандидат технических наук, доцент Михрютин Вадим Владимирович
Ведущая организация: Филиал ФГУ ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, г. Ковров
Защита состоится в 1400 часов 21 декабря 2011 года, на заседа нии диссертационного совета Д 212.025.03 при Владимирском государственном университете по адресу: 600000, г. Владимир, ул. Горького, 87.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Влади мирского государственного университета.
Автореферат разослан «14» ноября 2011 года
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент Панфилов А. А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Процессы шлифования непрерывно совершенст вуются. Разработаны новые абразивные материалы, шлифовальные инструменты, составы и способы подачи смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) в зону резания. Дальнейшее развитие получили дискретные абразив ные круги, новые процессы шлифования сборными абразивными кругами, характеризующиеся контактным взаимодействием режущих элементов ин струмента и обрабатываемой заготовки одновременно по нескольким площадкам (назовем такой процесс многоточечным шлифованием).
Многоточечное шлифование характеризуется значительно более высокой производительностью по сравнению с широко распространенным одното чечным шлифованием, при котором инструмент взаимодействует с заготовкой лишь по одной площадке. В процессе реализации многоточечно го шлифования, вследствие контакта инструмента и заготовки одновременно по нескольким площадкам, возрастает количество источников тепла, что приводит к интенсивному тепловыделению и повышению температуры в зоне резания, вызывающей термические повреждения деталей.
Процесс плоского торцового шлифования известными кругами также яв ляется многоточечным, а сегменты инструмента прижаты силой резания к обрабатываемой поверхности, вследствие чего доставка СОЖ в места кон тактна режущих абразивных зерен и связки с металлом заготовки невозможна. В условиях, когда роль СОЖ практически нивелирована, обес печение высокого качества поверхностного слоя возможно путем уменьшения режима резания, что неизбежно приводит к значительному снижению производительности процесса обработки.
Таким образом, разработка инструмента и процесса плоского торцового шлифования, обеспечивающего высокие скорости отвода тепла из зоны ре зания, повышение качества и производительности технологических операций, является актуальной научно-технической задачей.
Работа выполнена при поддержке проекта №11-08-97-542 Российского Фонда Фундаментальных исследований.
Цель работы – повышение качества деталей и производительности про цесса плоского торцового шлифования путем дискретизации режущей поверхности абразивных сегментов и подвода смазочно-охлаждающей жид кости в плоскость резания.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
обосновать выбор схемы дискретизации режущей поверхности абразив ных сегментов для практической реализации;
разработать методику расчета дискретных абразивных сегментов, обес печивающую их высокую механическую прочность;
разработать процесс формования дискретных абразивных сегментов и конструкцию торцового шлифовального инструмента;
разработать методику реализации процесса дискретного плоского торцо вого шлифования с подводом СОЖ в плоскость резания.
Методы исследований. В работе использованы методы сопротивления материалов при расчете абразивных сегментов на механическую прочность.
Научные положения теории шлифования материалов, тепловых процессов в технологических системах использованы при анализе степени снижения температуры заготовки путем дискретизации режущей поверхности абра зивных сегментов и подачи СОЖ в плоскость резания. Научные положения теории планирования многофакторных экспериментов использованы при исследовании шероховатости поверхностей, шлифованных дискретным тор цовым кругом, а математической статистики – в процессе обработки результатов многофакторного эксперимента.
Исследование температуры обрабатываемой поверхности заготовки при дискретном плоском торцовом шлифовании проведено с использованием метода конечно-элементного анализа, реализованного в современном CAE комплексе COSMOSWORKS.
Теоретические положения работы получили подтверждение результатами испытаний инструмента и процесса дискретного плоского торцового шли фования в условиях производства.
Автор выносит на защиту:
анализ напряженного состояния дискретного абразивного сегмента с продольными каналами, обоснование инерционного способа подачи СОЖ в плоскость резания;
процесс формования дискретных абразивных сегментов с каналами;
конструкцию, аэродинамику дискретного торцового шлифовального ин струмента и технические решения по устранению засорения каналов сегментов отходами шлифования;
аналитические и экспериментальные модели показателей качества и про изводительности процесса дискретного плоского торцового шлифования и методику его реализации.
Научная новизна работы:
установлены закономерности влияния конструктивно-технологических факторов инструмента и процесса дискретного плоского торцового шлифо вания сегментами с каналами и подводом СОЖ в плоскость резания на показатели качества деталей, скорость съема металла, расход абразива и ко эффициент шлифования;
впервые вскрыт механизм засорения каналов абразивных сегментов от ходами шлифования и предложены технические решения по его устранению, защищенные патентами РФ № 2385215, 24171494;
Практическая значимость и реализация работы. Предложено произ водству: конструкция абразивного сегмента с открытыми каналами и конструкция пресс-формы для его формования, процесс формования дис кретных абразивных сегментов, конструкция инструмента для дискретного плоского торцового шлифования, обеспечивающая подвод СОЖ в плоскость резания.
Дискретный инструмент и процесс плоского торцового шлифования ис пытаны и рекомендованы к внедрению в условиях ОАО «Производственное объединение Муромский машиностроительный завод». В условиях Каси мовского механического завода № 8 используются чертежи пресс-формы и режим обработки свободным абразивом рабочих поверхностей пуансонов и продольных стержней. Результаты работы используются в учебном процессе кафедры «Технология машиностроения» Владимирского государственного университета.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на Всероссийской научно-технической конференции (НТК) «Теплофизика тех нологических процессов» (г. Рыбинск: РГАТА, 2005), Всероссийской НТК «Повышение эффективности механообработки на основе моделирования физических явлений» (г. Рыбинск: РГАТА, 2009), Международной НТК «Повышение качества и эффективности производства» (г. Курган: КГУ, 2006), Международной юбилейной НТК «Инструментальные системы ма шиностроительных производств» (г. Тула, ТулГУ, 2008), III-й Международной научно-практической конференции (г. Невинномысск: Не винномысский институт экономики, управления и права, 2009), Международной НТК «Инновационные технологии в автоматизированном машиностроении и арматуростроении» (г. Курган: КГУ, 2010), научно техническом семинаре механико-технологического факультета и заседаниях кафедры «Технология машиностроения» Владимирского государственного университета.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 научных трудов, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, два патента РФ на изобретение.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав, основ ных результатов и выводов, библиографического списка и приложений.
Работа изложена на 172 страницах основного текста, содержит 42 рисунка, таблицы и библиографический список из 109 наименований.
Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, поставлена цель исследований, сформулированы задачи, которые необходимо решить для достижения цели;
научная новизна, практическая ценность;
положения, вынесенные на защиту, апробация работы, основные результаты и выводы по работе.
Первая глава посвящена анализу процессов дискретного шлифования металлов и сплавов. Существенный вклад в развитие процессов абразивной обработки и инструмента внесли отечественные и зарубежные ученые: Евсе ев Д. Г., Королев А. В., Маслов Е. Н., Резников А. Н., Силин С. С., Старков В. К., Степанов Ю. С., Худобин Л. В., Якимов А. В., Ящерицын П. И., Malkin S., Neugebauer R., Shaw M.C., Yo N.E. и другие.
Проанализированы процессы многоточечного шлифования дискретными кругами, отмечены их положительные стороны и нерешенные задачи. Обос нована актуальность темы работы.
Во второй главе обоснованы схема дискретизации режущей поверхности абразивных сегментов торцового шлифовального круга и инерционный спо соб подачи СОЖ в плоскость резания. Проанализированы три схемы дискретизации сегментов, характеризующиеся выполнением участков пре рывания процесса резания в виде: закрытых каналов в сегменте (первая схема), одной открытой полости (вторая схема);
открытых каналов, распо ложенных со стороны установочной плоскости сегментов (третья схема).
Третья схема предложена автором.
Разработаны критерии оценки схем: высокая механическая прочность, технологичность сегмента, доставка СОЖ в плоскость резания, экономия абразива, уменьшение температуры заготовки, минимальные затраты на процесс дискретизации.
Первая схема дискретизации (рис. 1, а) обеспечивает высокую механиче скую прочность сегментов, гарантированную доставку СОЖ в плоскость резания, экономию абразивного материала и безопасную эксплуатацию ин струмента. Однако, для нее характерен сложный процесс формования сегмента, большой объем ручных работ, низкая технологичность и высокие затраты на производство сегментов.
Вторая схема дискретизации (рис. 1, б) обеспечивает простоту формова ния сегмента, высокую технологичность его конструкции, экономию абразива и низкие затраты на производство сегментов. Но она характеризу ется низкой механической прочностью сегмента и не обеспечивает гарантированной доставки СОЖ в плоскость резания.
а) б) в) Рис. 1. Схемы дискретизации сегментов:
а) – первая, б) – вторая, в) – третья.
Проанализируем третью схему дискретизации режущей поверхности аб разивного сегмента (рис. 1, в). Наличие открытых каналов в сегменте приводит к смещению центра тяжести трапецеидального поперечного сече ния из точки в (рис. 2, а).
а) б) Рис. 2. Поперечное сечение сегмента (а) и его рабочая нагрузка (б).
На сегмент действуют: главная составляющая силы резания, инерци онная центробежная сила Q и давление р со стороны заготовки (рис. 2, б).
Суммарные напряжения изгиба в защемленном сечении, соответственно для сплошного и дискретного абразивного сегментов опре деляются:
= ;
(1) где – напряжения изгиба, обусловленные действием глав,,, ной составляющей силы резания и центробежной силы,.
Напряжения изгиба и в сечении для сплошного и дискретного сегмента соответственно, рассчитанные по (1), свидетельствуют о высокой изгибной прочности сегмента с каналами.
Меньшие напряжения изгиба в сечении дискретного сегмента по сравнению с сегментом со сплошным поперечным сечением объясняются наличием ребер жесткости 1 между каналами 2, 3 (рис. 1, в), уменьшением массы сегмента, а, следовательно, и центробежной силы.
а) б) Рис. 3. Эпюра напряжений в правой стенке (а) и значения напряжений в опасных сечениях передней и задней стенки (б) сегмента.
Кроме сечения, опасными в дискретном сегменте являются се чение в передней стенке 1 (рис. 2, а и 3, а) и аналогичное сечение в задней стенке 2. В сечении максимальные напряжения изгиба, =, (2) где – глубина канала неизношенного сегмента, измеренная в плоскости режущего торца;
– длина износа сегмента;
– угол наклона канала в ради альной плоскости (рис.1, в);
– радиус окружности дна канала;
– коэффициент трения-резания;
– коэффициент динамичности;
– толщи на передней стенки неизношенного сегмента;
– угол наклона канала в плоскости, перпендикулярной радиусу инструмента.
Напряжения сжатия, растяжения в опасном сечении пе редней стенки и задней стенки меньше допускаемых напряжений в, 6–8 раз (рис. 3, б), что свидетельствует о высокой механической прочности стенок 1 и 2.
На основании рассмотрения напряженного состояния сегмента с откры тыми каналами разработана методика расчета, обеспечивающая его высокую механическую прочность и площадь поперечного сечения каналов для транспортировки требуемого объема СОЖ в плоскость резания.
Анализ теплообмена в зоне плоского торцового шлифования при подаче СОЖ поливом (первый вариант), применяемым в условиях производства, и по открытым каналам сегментов (второй вариант) позволил установить влияние отношения скоростей течения СОЖ ( ) при втором и первом варианте подачи на изменение температур заготовки:
. (3) Рис. 4. Температура заготовки при шлифовании различными кругами.
По (3) рассчитано отношение температур и установлено, что при подаче СОЖ в плоскость резания температура обрабатываемой поверх ности заготовки уменьшается в 2,5 по сравнению с подачей поливом.
Моделирование температуры заготовки в современном CAE-комплексе COSMOSWORKS при шлифовании сплошным, сегментным и разработан ным дискретным кругами (без СОЖ) свидетельствует о снижении температуры заготовки на 40% лишь за счет одной дискретизации абразив ных сегментов (рис. 4).
Результаты анализа трех схем дискретизации режущей поверхности сег ментов показали, что третья схема в наибольшей степени отвечает сформулированным выше критериям, вследствие чего она выбрана для практической реализации.
В третьей главе разработаны пресс-форма и процесс формования сегментов с открытыми каналами, выполненными в соответствии с третьей схемой дискретизации. Пресс-форма состоит из верхнего 1, нижнего 2 пуан сонов, двух боковых стенок 3, передней и задней стенок 4. Пуансон 1 имеет стержни 5, которые формуют в абразивной массе 6 открытые каналы.
Пробное формование сегментов показало, что ребра жесткости, а также передняя и задняя стенки отрывались от основной абразивной массы и за стревали между стержнями пуансона. Исследования, проведенные с целью устранения причины отрывов, позволили сформулировать требования к ос настке, прессовому оборудованию и абразивной массе, соблюдение которых обеспечивает формование качественных абразивных сегментов.
а) б) Рис. 4. Формование сегментов с каналами (а) и оснащенный ими круг (б).
Стержни для формования каналов должны быть изготовлены с пуансо ном заодно целое, необходимо устранять относительные угловые деформации верхнего пуансона и остальной части пресс-формы, для чего максимальный зазор между направляющими втулками и скалками должен быть не более 50 мкм. Среднее арифметическое отклонение профиля рабо чих поверхностей пресс-формы и стержней должно быть не более 0,32 мкм, а приготовленную абразивную массу следует расходовать в течение 6 ч.
Основные компоненты абразивной массы на один сегмент с каналами:
шлифовальное зерно 95А (40-25) – 922 г., жидкий бакелит – 17,2 г., пульвер бакелит – 52,2 г., криолит – 23,1 г., каучук – 10,2 г. Масса сегмента с каналами на 0,21 кг меньше массы стандартного сегмента, что позволяет экономить абразивный материал в процессе производства сегментов. Пара метры процесса формования: скорость рабочего хода ползуна (пуансона) – 7 мм/с, скорость холостого хода ползуна вверх – 70 мм/с, вниз – 200 мм/с, время выдержки под давлением – 75 с, температура нагрева пресс-формы – 120, усилие прессования – 900 кН.
Дискретный торцовый шлифовальный круг (рис. 4, б) оснастили сегмен тами с открытыми каналами. Пробное шлифование показало, что открытые каналы засоряются отходами шлифования, а СОЖ не поступает в плоскость резания. Была выдвинута гипотеза: причина засорения аэродинамические потоки, генерируемые инструментом.
Проверка гипотезы потребовала проведения исследования движения воз душных масс. При шлифовании инструмент 1 (рис. 5) увлекает воздушные массы во вращение, в результате чего формируются потоки I, II, которые, проходя между заготовками 2 и рабочей поверхностью стола 3, направляют ся внутрь круга. Потоки I, II проходят между сегментами и направляются в виде потока III к периферии, создавая разрежение во внутренней полости круга. При своем движении потоки I, II, III поднимают вверх отходы шли фования, которые оседают на сегментах, корпусе круга и плотно прижимаются к ним центробежной силой, постепенно перекрывая каналы и создавая дисбалансы круга. Максимальная окружная скорость воздушного потока IY на выходе из круга достигает 24 м/с.
На основании полученных данных разработаны решения, защищенные патентами РФ и позволяющие устранить засо рение каналов. Суть решений заключается в создании пре грады движущимся внутрь инструмента потокам в виде электромагнитного поля или направленных с большой ки Рис. 5. Аэродинамические потоки, нетической энергией потоков генерируемые кругом жидкости.
В четвертой главе приведена методика экспериментальных исследова ний процесса дискретного плоского торцового шлифования разработанным инструментом, методика планируемых многофакторных экспериментов и результаты исследований показателей процесса обработки.
На плоскошлифовальном станке мод. 3Е756-Л1 шлифовали диски трения.
Материал – легированная сталь 30ХГСА, твердость 32…36. В качестве инструмента использовали торцовый круг 450 мм с десятью абразивными сегментами трапецеидального поперечного сечения:
сплошные сегменты 5С 100-40-150 мм 95А40Н(С1–С2)3Б;
дискретные сегменты с каналами 5С3 100-40-150 мм 95А40НСТ13Б, 94А25НСТ23Б.
Исследовали минутный съем металла, минутный расход абразива, коэффициент шлифования, прижоги, микротвердость, отклонения от пло скостности, шероховатость поверхности и производительность процесса при обработке разработанным дискретным кругом и кругом, применяемым в ус ловиях производства. Минутный съем металла, минутный расход абразива, коэффициент шлифования определяли на основании уста новленных в работе зависимостей, прижоги – методом травления.
Микротвердость измеряли на приборе HVS-1000 (Тайвань), отклонения от плоскостности – лекальной линейкой и щупами различной толщины, шеро ховатость поверхности – на приборе SJ-201P фирмы Mitutoyo (Япония).
На основании экспериментов рекомендованы следующие режимы шли фования и характеристика абразивного материала сегментов с каналами:
частота вращения инструмента –, вертикальная подача инст румента 0,6 мм/мин., припуск на обработку каждой стороны диска = 0,3 мм, характеристика абразивного материала – 94А25НСТ23Б, 94А40НСТ13Б.
Для инструмента, используемого в производстве:
– частота вращения круга – 0,3 мм/мин., припуск на обра, ботку = 0,3 мм, характеристика абразивного материала – 94А40Н(С2– СМ2)3Б.
Доминирующее влияние на минутный съем металла, расход абразива и коэффициент шлифования оказывает вертикальная подача, которая ха рактеризует скорость врезания абразивных зерен в обрабатываемый металл.
С увеличением скорость съема металла и расход абразива возрастают (рис. 6,а, б) при обработке известным и дискретным кругами.
а) б) Рис. 6. Влияние вертикальной подачи на минутный съем металла (а) и на расход абразива (б): 1 – для дискретного торцового шлифовального инструмента, 2 – для инструмента, применяемого в производстве.
При изменении подачи в пределах скорость съема металла в 1,28 – 2,10 раза больше, минутный расход абразива в 1,8 – 2,6 раза меньше для дискретного круга по сравнению с кругом, используе мым в производстве, что объясняется более высокой твердостью и стойкостью дискретных сегментов.
При увеличении вертикальной подачи дискретного круга в интервале (0,1-0,6) мм/мин коэффициент шлифования К уменьшается от 10, 5 до 7,0 мм3/мм3. При обработке кругом, применяемым в производстве, в интер вале подачи К уменьшается от 3,20 до 3,02 мм /мм, а при дальнейшем увеличении подачи коэффициент шлифо 3 вания снижается до 1,1 мм3/мм3. Полученные данные убедительно доказывают преимущество разработанного инструмента и процесса плоско го дискретного шлифования. Согласно плану N= cоставлена матрица многофакторного эксперимента:
abc, bc, ac, c, ab, b, a, (-1), (4) где a, b, c – верхний уровень первого, второго и третьего фактора соответст венно;
(–1) – строка матрицы, содержащая все три фактора на нижнем уровне. Реализация матрицы (4), статистическая обработка данных экспери мента, проверка адекватности с использованием критерия Фишера позволили получить уравнение регрессии:
, (5) где,, – кодовое значение подачи, частоты вращения стола с заготовками и минутного расхода смазочно-охлаждающей жидкости.
Уравнение регрессии в натуральном выражении факторов имеет вид:
. (6) Наибольшее влияние на среднее арифметическое отклонение профиля оказывает вертикальная подача дискретного инструмента, с увеличением которой увеличивается (рис. 7, а).
а) б) Рис. 7. Влияние подачи инструмента (а) и частоты вращения стола (б) на среднее арифметическое отклонение профиля, (доверительные интервалы 0,054) С увеличением частоты вращения стола с заготовками параметр также увеличивается, однако, степень влияния меньше, чем (рис. 7, б).
Увеличение при возрастании и объясняется ростом силовой и теп ловой нагрузки на каждое абразивное зерно, которое врезается на большую глубину, оставляя более глубокие риски на обработанной поверхности. При шлифовании дисков трения на режиме,, дискретными сегментами, 95А40НСТ15Б и сплошными сегментами 95А40НС25Б значения получены при использовании дискретного круга, а большие значения – известного круга.
Технологическая, цикловая (шт/час) и техническая (шт/смену) произво дительности процесса дискретного шлифования с подачей СОЖ в плоскость резания выше по сравнению с известным процессом в1,9;
1,7 и1,6 раза соот ветственно (рис. 8). Числа, указанные на диаграмме, отражают количество обработанных дисков в единицу времени.
Глубина распространения прижогов в дисках, шлифованных известным кругом, составила (12-18) мкм в зависимости от режимов шлифования, в то время как при обработке дискретным кругом с подводом СОЖ в плоскость резания – (5-9) мкм. После шлифования дискретными сегментами (верти кальная подача ) и стандартными сегментами (вертикальная подача ) прижоги обнаружены не были. На основании по лученных данных можно сделать вывод о том, что реализация процесса шлифования разработанным кругом обеспечивает бесприжоговый поверхно стный слой при более высоких режимах резания.
Рис. 8. Технологическая (а), цикловая (б) (шт/час) и техническая (шт/смену) (в) производительности процессов плоского торцового шлифования: левый столбец – для известного круга, правый столбец – для дискретного круга.
Максимальное значение микротвердости = 1,55 ГПа характерно для дисков, шлифованных дискретными сегментами на чистовом режиме, а для дисков, шлифованных стандартными сегментами, = 1,15 ГПа. При шли фовании разработанным инструментом происходит упрочнение поверхностного слоя, о чем свидетельствует повышение микротвердости на 35% по сравнению с инструментом, применяемым в производстве.
Таким образом, дискретная режущая поверхность сегментов, мощные аэ родинамические потоки, генерируемые инструментом, большие площади обтекания заготовок жидкостью, подвергнутой естественной аэрации и дви жущейся со скоростью резания, – все это обеспечивает не только существенное повышение качества поверхностного слоя деталей, но и уве личение производительности процесса обработки.
В пятой главе приведена методика реализации процесса дискретного плоского торцового шлифования. Разработанные инструмент и процесс дис кретного плоского торцового шлифования испытаны и рекомендованы к внедрению в условиях ОАО «ПО Муроммашзавод». Результаты работы ис пользуются в учебном процессе.
Ожидаемый годовой экономический эффект от повышения производи тельности процесса шлифования дискретным кругом и экономии абразивного материала составляет около 715 тыс. рублей.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. На основании проведенных комплексных исследований решена акту альная научно-техническая задача повышения качества деталей и производительности процесса плоского торцового шлифования путем дис кретизации режущей поверхности абразивных сегментов, конструкторско технологического обеспечения процесса и инерционного подвода смазочно охлаждающей жидкости в плоскость резания.
2. В результате анализа схем дискретизации выбрана схема, реализованная в виде открытых каналов со стороны установочной плоскости сегмента. На основании анализа напряженного состояниясегментов с открытыми канала ми разработана методика инженерных расчетов, обеспечивающая высокую их механическую прочность, что позволяет применять дискретные сегменты в процессах интенсивного шлифования.
3. Исследования теплообмена в зоне резания при подаче СОЖ по откры тым каналам сегментов в плоскость резания подтвердили возможность уменьшения температуры обрабатываемой поверхности заготовки в 2,5 раза по сравнению с подачей поливом, применяемой в условиях производства.
Моделирование температуры с использованием современного CAE комплекса COSMOSWORKS показало, что лишь одна дискретизация режу щей поверхности сегментов приводит к уменьшению температуры на 40%.
Существенное снижение температуры в зоне шлифования позволяет повы сить качественные показатели шлифованного поверхностного слоя деталей.
4. Разработаны средства реализации процесса формования сегментов с от крытыми каналами и сформулированы требования к прессовому оборудованию и технологической оснастке, обеспечивающие высокую про изводительность формования и качество сегментов: стержни и пуансон должны изготавливаться заодно целое;
максимальный зазор в сопряжении направляющих скалок-втулок – не более 50 мкм, шероховатость рабочих поверхностей пуансонов и стержней, а абразивная масса должна расходоваться в течение 6 часов с момента ее приготовления.
5. Установлено, что дискретный торцовый шлифовальный круг генерирует в процессе работы мощные аэродинамические потоки, которые, двигаясь внутрь инструмента, увлекают отходы шлифования, что приводит к засоре нию открытых каналов и ухудшению всех показателей процесса.
Предложенные решения по устранению засорения каналов основаны на соз дании преграды аэродинамическим потокам в виде электромагнитного поля, а также скоростного напора СОЖ и защищены патентами Российской Феде рации.
6. Установлено, что минутный съем металла при шлифовании дискретным кругом больше в 1,28-2,10 раза, коэффициент шлифования в 6-10 раз, а ми нутный расход абразива в 1,8-2,6 раза меньше, чем при обработке известным кругом, что свидетельствует о явных преимуществах разработанного про цесса дискретного плоского торцового шлифования с подводом СОЖ в плоскость резания.
7. Доказана возможность применения более твердых дискретных абразив ных сегментов (на две-три степени тверже сплошных сегментов) и увеличения бесприжоговой вертикальной подачи инструмента от 0,3 до 0,6 мм/мин, что в сочетании с высокой эффективностью действия СОЖ при водит к повышению качества деталей, увеличению технологической, цикловой и технической производительности соответственно в 1,9;
1,7 и 1, раза, а также к экономии абразивного материала. Микротвердость обрабо танного поверхностного слоя повышается на 35%, а шероховатость поверхности уменьшается с до.
8. Результаты проведенных теоретических, однофакторных и многофак торных экспериментальных исследований позволили создать научную и методическую базу для разработки перспективного шлифовального инстру мента и процесса дискретного плоского торцового шлифования с инерционным подводом СОЖ в плоскость резания, значительно опережаю щих по своим функциональным возможностям существующие аналогичные процессы и шлифовальные инструменты.
Разработанный инструмент и процесс испытаны и рекомендованы к вне дрению в производство ОАО «ПО Муроммашзавод». Результаты исследований используются в учебном процессе. Ожидаемый годовой эко номический эффект, обусловленный повышением производительности процесса шлифования и экономией абразивного материала, составляет около 715 тыс. рублей.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Гусев, В. Г. Аэродинамические потоки, генерируемые дискретным тор цовым шлифовальным кругом / В. Г. Гусев, П. С. Швагирев, А. В. Морозов // Наука о резании материалов в современных условиях. (Серия. «Инструмен тальные и метрологические системы») // Известия Тул. гос. ун-та. Вып. 1. Ч.
2. 2004. – С. 74 – 79. – ISBN 5-7679-0585-1.(Соискатель – 45 %) 2. Гусев, В. Г. Выбор схемы дискретизации режущей поверхности шлифо вального круга / В. Г. Гусев, А. В. Морозов, П. С. Швагирев // Станки и инструмент. – 2009. – № 6. – С. 15 – 19. (Соискатель – 35 %) 3. Гусев, В. Г. Критерии оценки дискретных кругов и их влияние на дина мику процесса шлифования / В. Г. Гусев, А. В. Морозов, П. С. Швагирев // Станки и инструмент, 2009. – № 5. – с. 16 – 20. (Соискатель – 30 %) 4. Гусев, В. Г. Моделирование съема металла при плоском торцовом шли фовании в условиях изменяющейся жесткости шпиндельного узла / В. Г.
Гусев, П. С. Швагирев, Р. В. Жигалов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – 2010. – № 4-2 (282). – С. 80 – 86. – ISSN 2073-7408. (Соискатель – 25 %) 5. Пат. № 2385215 Российская Федерация, МПК В24В, 55/02. Устройство для подачи смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) при плоском торцовом шлифовании / Гусев В. Г., Жигалов Р. В., Швагирев П. С.: заявл. 17. 07. 08;
опубл. 27. 03. 10. Бюл. № 9. (Соискатель – 30 %) 6. Пат. № 2417149 Российская Федерация, МПК В24В, 55/00. Электромаг нитное устройство для предотвращения эксплуатационных дисбалансов торцовых шлифовальных кругов / Жигалов Р. В., Гусев В. Г., Швагирев П. С.;
заявл. 26. 08. 09 ;
опубл. 27. 04. 11. Бюл. № 12..(Соискатель – 35 %) Публикации в других изданиях:
7. Гусев, В. Г. Выбор схемы сегментов, обеспечивающей повышение стойкости дискретного торцового шлифовального инструмента / В. Г. Гусев, П. С. Швагирев, А. В. Морозов // Повышение качества продукции и эффек тивности производства. (Серия. «Технические науки») : материалы Междунар. науч.-техн. конф. – Вестник Курганского ун-та, 2006. – Вып. 2.
Ч. 1. – С. 145-146. – ISBN 85-86328-821-3.
8. Гусев, В. Г. Прессование сегментов с дискретной режущей поверхно стью для плоского торцового шлифования / В. Г. Гусев, П. С. Швагирев, А.
В. Морозов, // Повышение качества продукции и эффективности производ ства. (Серия. «Технические науки») : материалы Междунар. науч.-техн.
конф. – Вестник курганского ун-та, 2006. – С. 34 – 36. – Вып. 2. Ч. 1. – С. – 36. – ISBN 85-86328-821-3.
9. Гусев, В. Г. Температура поверхностей, шлифуемых дискретными и сплошными абразивными кругами / В. Г. Гусев, А. В. Морозов, П. С. Шва гирев // Теплофизика технологических процессов : материалы Всерос.
науч.-техн. конф. – Рыбинск : РГАТА, 2005. – С. 24 – 26. – ISBN 5-88435 180-1.
10. Гусев, В. Г. Устройство для подвода CОЖ в зону плоского дискретного торцового шлифования / Гусев В. Г., П. С. Швагирев, Р. В. Жигалов // Инст рументальные системы машиностроительных производств. (Серия.
«Инструментальные и метрологические системы») : сб. материалов Между нар. науч.-техн. конф. / Вестник ТулГУ, 2008. – С. 11. – ISBN 978-5-7679 1044-8.
11. Швагирев, П. С. Дискретизация абразивных сегментов выполнением каналов на установочной базовой плоскости / П. С. Швагирев // Инноваци онные технологии в автоматизированном машиностроении и арматуростроении : материалы Междунар. науч.-техн. конф. – Курган: изд во Курган. гос. ун-та, 2010. – С.157 – 163. – ISBN 978-5-4217-0055-5.
12. Швагирев, П. С. Плоское торцовое шлифование кругами, оснащенными дискретными абразивными сегментами / П. С. Швагирев // Молодежь и нау ка : реальность и будущее : материалы III Междунар. науч.-практ. конф. – Невинномысск: изд-во Невинномыс. ин-та экон., управления и права.
13. Швагирев, П. С. Направления совершенствования процесса плоского торцового шлифования / П. С. Швагирев, С. А. Назаренков // Актуальные проблемы машиностроения : материалы Всерос. науч.-техн. конф. / Влади мир. гос. ун-т ;
под ред. В. Ф. Коростелева. – Владимир, ПУ «РОСТ» ВООО ВОИ, 2011.– С. 91 – 93. – ISBN 978-5-93907-061-4.
Подписано в печать 10.11.11.
Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз.
Заказ Издательство Владимирского государственного университета.
600000, Владимир, ул. Горького, 87.