авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Повышение эффективности хонингования сферических поверхностей деталей из нержавеющих сталей

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ГОРЯИНОВ ДМИТРИЙ СЕРГЕЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ХОНИНГОВАНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ИЗ НЕРЖАВЕЮЩИХ СТАЛЕЙ

Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Самара 2009

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения»

Самарского государственного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

НОСОВ Николай Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Скуратов Дмитрий Леонидович.

кандидат технических наук, профессор

Осипов Александр Петрович

Ведущая организация: ОАО «Авиаагрегат»

Защита состоится 30 июня 2009г. в 14-00 ч в корпусе № 6, ауд. № 23 на заседании диссертационного совета Д212.217.02 в Самарском государственном техническом университете по адресу: г. Самара, ул. Галактионовская, 141

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СамГТУ

Отзывы на автореферат просим присылать по адресу: 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Самарский государственный технический университет, Главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.217.02

Автореферат разослан « ___» _____________ 2009г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Д 212.217.02 д.т.н. А.Ф. Денисенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Развитие современного машиностроения, повышение производительности и качества поверхности требует совершенствования технологических процессов обработки деталей машин, увеличения доли чистовых операций. Именно на окончательных операциях формируется поверхностный слой детали, определяющий их эксплуатационные свойства.

Сложность процесса обработки сферических поверхностей, особенно с двухсторонним ограничением, вызывает необходимость глубокого теоретического и экспериментального изучения физической сущности явлений и их влияние на точность и качество поверхностей. Одним из перспективных направлений изготовления сферических деталей являются операции хонингования на основе разработки новых конструкторских и технологических решений. Широко известны процессы хонингования плоских и цилиндрических поверхностей, в то же время хонингование деталей, имеющих сферическую поверхность мало изучено.

Повышение точности сферических поверхностей, улучшение параметров шероховатости поверхностного слоя, придание поверхности управляемой микрогеометрии является актуальной задачей современного машиностроения. Потребность машиностроения в обеспечении высокого качества сферических поверхностей деталей особенно из труднообрабатываемых нержавеющих сталей и создание высокопроизводительного и конкурентного процесса обработки с одной стороны и недостаточная изученность сферического хонингования с другой стороны подчеркивает своевременность проведения данных исследований и его влияние на производительность, качество и точность обработанной поверхности.





Работа выполнена в рамках тематического плана Самарского государственного технического университета по заданию Федерального агентства по образованию на 2002-2005 г.г. по теме «Разработка теоретических основ упрочнения абразивного инструмента», номер государственной регистрации НИР 1.10.02.

Цель работы. Разработка процесса сферохонингования деталей из нержавеющих сталей на основе теоретико-экспериментальных исследований влияния параметров процесса на производительность, точность и качество обработанной поверхности.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Разработать кинематическую модель формообразования точности и шероховатости поверхности при сферическом хонинговании деталей абразивными брусками.

Исследовать влияние напряженно-деформированного состояния в контакте заготовки и инструмента на точность формы сферических поверхностей.

Разработать модель процесса сферического хонингования деталей из нержавеющих сталей, учитывающую кинематические и силовые параметры.

Разработать бесконтактный метод исследований параметров шероховатости сферических поверхностей.

Исследовать влияние условий и режимов хонингования сферических поверхностей на точность, шероховатость и производительность обработки.

Внедрить результаты исследований в производство.

Научные результаты. Предложены научно-обоснованные технологические решения по обеспечению заданной точности формы и шероховатости сферической поверхности.

На основе разработанной модели процесса хонингования показано влияние кинематических и силовых параметров на формообразование сферической поверхности при обработке.

Установлены функциональные зависимости шероховатости и отклонения формы сферической поверхности от режимов хонингования.

Получена расчётная модель, позволяющая выбирать технологические параметры процесса хонингования с учетом требуемой производительности, точности и шероховатости.

Раскрыт характер формирования точности и шероховатости, позволяющий оценить влияние режимов обработки на эксплуатационные параметры.

Разработан метод бесконтактных исследований параметров шероховатости сферических поверхностей.

Достоверность результатов обеспечена применением современных компьютерных средств численного моделирования и анализа.

Результаты проверки адекватности модели, построенной в программе ANSYS, хорошо согласуются с экспериментальными данными измерения точности формы поверхности на координатно-измерительной машине и имеют расхождение 7…10%.

Методы исследований. Теоретические исследования, выполненные в работе, базируются на научных основах технологии машиностроения, теории резания, методов математического и конечно-элементного моделирования, теории вероятности и математической статистики. Анализ кинематической модели проводился с помощью численного моделирования в системе MS Excel по созданной автором программе на языке Visual Basic. Изучение напряженно-деформированного состояния в контакте заготовки и брусков проводилось с помощью метода конечных элементов в программе ANSYS. Для бесконтактного способа определения шероховатости использовался автокорреляционный анализ.

Экспериментальные исследования включали испытания шаровых кранов на герметичность. Исследования отклонения формы сферической поверхности проводилось с использованием координатно-измерительной машины. Измерение шероховатости производилось с применением профилометра и созданной установки для бесконтактного измерения шероховатости.

Корректность разработанных математических моделей и их адекватность подтверждается использованием известных положений фундаментальных наук, а достоверность полученных теоретических результатов – сходимостью с данными экспериментов и результатами промышленной эксплуатации.

Практическая ценность. На основе расчёта кинематических параметров определены оптимальные режимы хонингования сферических поверхностей - скорость обработки, соотношения частот вращения, количество брусков и т.п.

Разработан и апробирован метод бесконтактного определения параметров шероховатости сферических поверхностей.

Проведена опытно-промышленная проверка влияния режимов сферического хонингования деталей из нержавеющих сталей на точность и качество сферической поверхности пробок. Установлено, что применение брусков из 63С на керамических связках обеспечивает требуемую микрогеометрию и точность обрабатываемой поверхности.

Разработаны научно-обоснованные рекомендации по внедрению процесса сферического хонингования при производстве деталей Пробка сферическая шарового крана на ОАО «Самараволгомаш». Общий условный экономический эффект от внедрения данной технологии составил 1356600 руб.

Основные положения, выносимые на защиту.

Результаты теоретических и экспериментальных исследования процесса хонингования сферических поверхностей деталей из нержавеющей стали 14Х17Н2 абразивными брусками из карбида кремния зеленого.

Кинематическая модель формообразования обрабатываемой сферической поверхности при хонинговании.

Исследования влияния контактного взаимодействия при обработке абразивными брусками на производительность процесса и точность формы сферической поверхности, на основе моделирования напряженно-деформированного состояния.

Модель физико-механических свойств (модуля Юнга и коэффициента Пуассона) абразивного инструмента из 63С на керамических связках.

Экспериментальные исследования влияния режимов процесса сферического хонингования на точность и шероховатость поверхности;

Аппаратное и программное обеспечение по исследованию шероховатости сферических поверхностей оптико-электронным методом.

Научно-обоснованные рекомендации по внедрению результатов исследований в производство при хонинговании сферы пробки шарового крана на предприятии ОАО «Самараволгомаш».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Высокие технологии в машиностроении» (Самара 2005, 2006гг.), «Теплофизические и технологические аспекты управления качеством в машиностроении» (Тольятти, 2006г.), «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2005г.), «Научно-техническое творчество: проблемы и перспективы» (Сызрань, 2006г.).

В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на объединенном заседании кафедр «Технология машиностроения», «Автоматизация технологических процессов в машиностроении», «Автомобили и станочные комплексы», «Инструментальные системы и сервис автомобилей» СамГТУ протокол № 3 от 17 февраля 2009 г.

Личный вклад автора состоит в проведении теоретических исследований влияния кинематических и силовых параметров на производительность, точность и шероховатость сферических поверхностей, а также экспериментальных исследований отклонений формы и шероховатости при сферическом хонинговании, по результатам которых автором разработана технология хонингования сферы пробки шарового крана.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 1 в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 133 наименований. Объем диссертации 160 страницы, включая 73 рисунка и 7 таблиц.

содержание работы

Во введении содержится обоснование актуальности темы диссертации, приведена ее краткая характеристика, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится анализ современного состояния вопросов эффективности операции хонингования сферических поверхностей деталей из нержавеющих сталей. Рассмотрена классификация сферических деталей и основные направления совершенствования технологии абразивной обработки сферических поверхностей.

На основании анализа опубликованных отечественных и зарубежных исследований А.П. Бабичева, А.Б. Королева, С.Н. Корчака, З.И. Кременя, Н.В. Лысенко, Е.Н. Маслова, М.С. Наермана, Ю.А. Николаева, Ю.К. Новоселова, С.А. Попова, О.С. Сире, И.Е. Фрагина, В.А. Хрулькова, Л.В. Худобина, Чеповецкого И.Х., П.И. Ящерицына и многих других показано, что нет строгих зависимостей, связывающих параметры абразивных инструментов - зернистость, твердость, структуру, модуль Юнга, коэффициент Пуассона, предел прочности и т.д., что затрудняет разработку адекватных компьютерных моделей.

Анализ исследований процесса хонингования, проведенный автором показал, что на данный момент не существует надежных научно-обоснованных рекомендованных режимов сферохонингования поверхностей из нержавеющих сталей и их влияния на производительность, точность и качество поверхности.

Во второй главе выполнено теоретическое исследование кинематики формообразования обрабатываемой поверхности.

Кинематический анализ сферического хонингования заключается:

- в исследовании кинематики движения точки рабочей поверхности инструмента по сфере при обработке;

- в определении кинематики траек-тории движения единичного абразивного зерна, и влиянии на нее скоростей инструмента и заготовки и др. параметров;

- в определении кинематики движения абразивных брусков на формирование микронеровностей.

Рис.1. Схема движения брусков при сферохонинговании

Кинематическая модель движения точки. При взаимном перемещении заготовки и хонинговальной головки точка (зерно) осуществляет сложное движение. Траектория движения точки определяет очередность и продолжительность соприкосновения с обрабатываемой деталью (см. рис. 1).

В результате теоретических исследований были получены выражения в параметрической форме траектории движения точки на рабочей поверхности АИ при сферическом хонинговании, представляющие собой эпициклоиду, наложенную на сферу:

, (1)

где x, y, z – координаты точки, мм; Rсф - радиус сферы заготовки, мм; Rобр - расстояние от точки инструмента до оси вращения хонинговальной головки, мм; заг - угловая скорость вращения заготовки, сек-1; инстр - угловая скорость вращения хонинговальной головки, сек-1; t – время, сек.

Установлено, что соотношение частот вращения заготовки и хонинговальной головки является важным параметром управления характером распределения, числом и взаимным расположением царапин на поверхности обработки.

а) б) в)

Рис.2. Вид фрагмента траектории движения точки: а) инстр = 41,89 сек-1 и заг = 2,09 сек-1; б) инстр = 52,36 сек-1 и заг = 31,42 сек-1; в) инстр = 52,36 сек-1 и заг = 38,01 сек-1

Графическое изображение при траектории движения, описанная системой уравнений (1) представлена на рис.2.

При исследовании кинематики формообразования обрабатываемой поверхности при сферическом хонинговании установлено, что кратном отношении угловых скоростей вращения наблюдается картина, при которой точка многократно проходит по своему же следу (аналог «стоячих» фигур Лиссажу). Установлено соотношение частот, при которых точка максимально равномерно движется по поверхности.

Кинематическая модель движения зерна. Для определения положения зерна в каждом участке сферы эта поверхность была разбита на элементарные ячейки (рис. 3). Шаг ячеек может варьироваться, таким образом, учитывается влияние размера зерна. Положение зерна на сфере при ее движении определялось по ячейке, в которой находится данное зерно.

а) б)

Рис.3. Фрагмент поверхности, разбитый на ячейки (а) и методика расчёта перемещения зерна по поверхности (б): 1 – «пустая» ячейка, по которой не прошло зерно; 2 – ячейка, по которой прошло зерно; 3 – след зерна при внедрении в поверхность; 4 – теоретическая траектория зерна

Предложен комплексный кинематический параметр – коэффициент перекрытия Кп - представляющий собой функцию нескольких переменных. Зависимость можно записать в общем виде:

, (2)

 Зависимость КП от соотношения-8
Рис.4. Зависимость КП от соотношения частот вращения.

где инстр и заг - соответственно, частоты вращения абразивного инструмента и заготовки, сек-1; Rзаг и Rинстр - соответственно, радиус сферы заготовки и радиус вращения точки абразивного инструмента, мм; NЗ - зернистость абразивного инструмента; t – время обработки, сек.

Ввиду сложности аналитичес-кого решения, зависимость (2) можно представить в виде численного решения (рис. 4), где m – кинематический параметр, а n и k – произвольные целые числа.

Обработка результатов исследований позволяет определить значения угловых скоростей, соответствующие высоким значениям Кп: , , где k Z, n Z, n > k.

Проведены исследования влияния скорости вращения заготовки при постоянной скорости вращения хонинговальной головки на количество проходов абразивного зерна по сфере вдоль оси вращения заготовки (рис. 5). Из приведенных данных видно, что распределение количества проходов по поверхности сферы неравномерно.

 Распределение среднего числа-13

Рис.5. Распределение среднего числа проходов вдоль оси вращения заготовки за время обработки t, при инстр=41,99 сек-1, заг=2,09 сек-1

Определены оптимальные соотношения скоростей вращения заготовки и инструмента, в котором распределение проходов зерен по сферической поверхности наиболее равномерно. Значения угловых скоростей соответствуют на станке частотам вращения заготовки nзаг = 20 об/мин, инструмента nинстр = 401; 403; 407; 409; 411; 413; 417, 419, 423, 427, 429, 431, 433, 437, 439, 441, 443 об/мин и др.

Кинематическая модель движения абразивных брусков. Расчет параметров кинематической модели работы брусков заключается в определении положения каждого бруска на сферической поверхности за все время обработки. Основным показателем охвата поверхности обработки предложен параметр – средний угловой шаг между положениями брусков в процессе обработки. Минимальные значения среднего углового шага соответствуют наиболее благоприятной ситуации соотношений угловых скоростей. Тогда бруски в процессе работы максимально полно охватывают обрабатываемую поверхность (рис. 6).

Предложенная модель кинематики формообразования обрабатываемой поверхности при сферическом хонинговании позволяет использовать явление перекрытия царапин для формирования обрабатываемой поверхности сферы абразивным инструментом.

Исследование кинематики движения брусков показало, что область оптимальных соотношений частот вращения сужается: nзаг = 20 об/мин, nинстр = 327, 377, 423, 427, 479 об/мин (см. рис. 6).

 инстр заг Влияние-14

инстр
заг


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.