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 |

Шлифования коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса алмазными кругами с коническими отверстиями на торце.

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КОЛЕГОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСЕЕВИЧ

УДК 621.623

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЛОСКОГО ШЛИФОВАНИЯ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ, ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ АУСТЕНИТНОГО КЛАССА АЛМАЗНЫМИ КРУГАМИ С КОНИЧЕСКИМИ ОТВЕРСТИЯМИ НА ТОРЦЕ.

Специальность 05.02.07. – Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск - 2012

Работа выполнена на кафедре «Производство Машин и Механизмов» Ижевского Государственного Технического Университета (ИжГТУ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Кугультинов С.Д.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Макаров Владимир Федорович

кандидат технических наук

Мурзин Юрий Павлович

Ведущая организация: ОАО «Воткинский Завод», г.Воткинск.

Защита состоится 30 марта 2012г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.065.02 в Ижевском государственном техническом университете по адресу: 426069, г.Ижевск, ул. 30 лет победы, 2, к.504.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета.

Отзыв в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять на имя ученого секретаря диссертационного совета по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.

Автореферат разослан 27 февраля 2012г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.065.02

доктор технических наук, профессор В.Г. Осетров

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Особое место в машиностроении занимает финишная обработка, позволяющая обеспечить требуемое качество изделий. Одним из наиболее распространенных финишных методов является шлифование, которое зачастую бывает единственно возможным вариантом достижения требуемых точности и шероховатости поверхностей.

Однако иногда после шлифования образуется дефектный слой в виде поверхностных прижогов и трещин из-за сил и температур, действующих в процессе обработки. Особенно большие проблемы возникают при плоском шлифовании материалов с повышенными физико-механическими свойствами.

К таким материалам в полной мере относятся коррозионно-стойкие, хромоникелевые стали аустенитного класса: типа 12Х25Н16Г7АР, 12Х18Н10Т, 20Х23Н18, ХН65МВТЮ и др. Шлифование указанных сталей сопровождается значительным выделением тепла в зоне резания, что приводит к дефектам и структурным изменениям обрабатываемого материала (микротрещины, вторичная закалка, отпуск и др.). Кроме того, шлифование существующими шлифовальными кругами сопровождается интенсивным засаливанием инструмента, что приводит либо к преждевременному выходу из строя алмазного инструмента, либо к необходимости частой правки. Это в свою очередь снижает производительность обработки и повышает ее себестоимость.

Несмотря на большое число работ, посвященных совершенствованию процесса шлифования указанных выше сталей существующим алмазным инструментом, вышеперечисленные проблемы остаются. Одним из путей их решения является более эффективное охлаждение и исключение засаливания инструмента за счет создания шлифовального круга специальной конструкции, который отвечал бы требованиям:



- минимизации теплонапряженности в процессе плоского шлифования и, как следствие, уходу от прижогов и других дефектов теплового характера;

- исключению засаливания и, как следствие, повышению надежности работы алмазного инструмента.

Этим требованиям мог бы отвечать алмазный круг для плоского шлифования с конусными отверстиями. Такое предположение основано на том, что скорость течения газа через коническое отверстие (подобие сопла Лаваля) может превышать скорость звука, т.е. с довольно большой вероятностью можно утверждать, что и при течении жидкости скорость потока будет довольно высокой, а это позволит эффективно удалять стружку и другие отходы с поверхности круга, предотвращая его засаливание. Кроме того, подача смазочно-охлаждающих технологических сред (СОТС) будет осуществляться непосредственно в зону резания, обеспечивая тем самым их максимальную эффективность. Однако для подтверждения данной гипотезы необходимо вначале теоретическое обоснование на базе решения тепловой задачи, а затем экспериментальная проверка и промышленная апробация.

В связи с этим совершенствование процесса плоского шлифования деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса, направленного на повышение качества обработанных поверхностей благодаря отсутствию тепловых дефектов, является актуальной задачей. Поэтому выполненная в работе разработка специального алмазного круга с конусными отверстиями на торце на основе решения тепловой задачи, позволяющего решить вышеперечисленные проблемы, подчеркивает актуальность темы диссертации. Кроме того, о востребованности работы говорит и грант, выигранный по программе УМНИК.

Целью работы являлось: повышение качества и производительности процесса плоского шлифования деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса благодаря использованию алмазных кругов с коническими отверстиями на торце

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- проверена гипотеза об эффективности использования алмазных кругов с коническими отверстиями на торце;

- решена тепловая задача для процесса плоского шлифования с теплообменом в зоне контакта алмазных зерен с обрабатываемым материалом;

- обоснована эффективность подачи СОТС в зону резания через конусные отверстия;

- разработана методика проектирования алмазных кругов с коническими отверстиями на рабочей поверхности;

- разработаны рекомендации по выбору режимов плоского шлифования деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса;

- проведена промышленная апробация алмазных кругов с коническими отверстиями при плоском шлифовании деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса.

Научная новизна работы заключается:

- в теоретическом и экспериментальном обосновании эффективности плоского шлифования деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса алмазными кругами с коническими отверстиями на торце;

- в аналитическом решении тепловой задачи для условий плоского шлифования алмазными кругами с коническими отверстиями на торце;

- в получении эмпирических зависимостей силы резания от режимов резания.

Методы исследования.

Теоретические исследования проводились на базе теории процесса шлифования, на основе образования тепловых процессов в зоне резания с теплообменом (по закону Ньютона-Рихмана), средств вычислительной техники, решения нелинейных дифференциальных уравнений с граничными условиями при помощи методов источников (метод Грина).

Экспериментальные исследования проводились с использованием методов планирования эксперимента на основе известных методик в лабораторных и производственных условиях на специально спроектированных и изготовленных установках. В экспериментальных исследованиях применялись разработанные автором алмазные шлифовальные круги с коническими отверстиями на торце, модернизированные станки, специальные станочные приспособления, контрольно-измерительные комплексы и персональные компьютеры.

Достоверность полученных результатов подтверждена сравнением расчетных и экспериментальных данных.

Практическая полезность работы заключается:

- в разработанной конструкции алмазных шлифовальных кругов с коническими отверстиями на торце;

- в разработанной методике проектирования алмазных шлифовальных кругов с коническими отверстиями на торце;

- в разработанной технологии плоского шлифования алмазными кругами с коническими отверстиями на торце;

- в эмпирических зависимостях для определения сил резания.

Реализация результатов работы. Разработанные конструкции шлифовальных алмазных кругов с коническими отверстиями на их торце и рекомендации по их применению внедрены на ООО «ЗНО «Техновек».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались в 2010г. и в 2011г. на республиканской выставке – сессии инновационных проектов в г. Ижевске (в 2010г. был получен диплом III степени, в 2011г. - диплом II степени), в 2011г. работа участвовала в республиканском конкурсе инновационных проектов по программе «УМНИК» (был выигран грант) 2011г. грант на проведение НИОКР в «Республиканском конкурсе инновационных проектов по программе УМНИК»; 2009-2011г. на научных семинарах кафедры «Производство Машин и Механизмов» ИжГТУ; 2011г. В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Производство машин и механизмов» ИжГТУ.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 8 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, включенных в перечень ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертация содержит введение, пять глав, заключение, список литературы из 168 наименований, акты внедрения. Работа изложена на 157 листах машинописного текста, содержит 51 рисунок, и 2 таблицы.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы, дается общая характеристика работы и направленность исследований.

В первой главе проведен анализ состояния проблемы обеспечения качества и повышения эффективности плоского шлифования деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса. На основании проведенного анализа сформированы цель и задачи исследования. На основании работ посвященных исследованию процесса плоского шлифования и на основании изучения производственного опыта показано, что обработка сопряжена со значительным выделением тепла в результате чего на обработанных поверхностях могут образовываться прижоги микротрещины и др. тепловые дефекты. Особенно большие проблемы вызывают при плоском шлифовании коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса. Показано, что шлифование указанных материалов сопровождается, кроме тепловых дефектов, интенсивным засаливанием шлифовальных кругов, что приводит либо к преждевременному выходу из строя, либо к необходимости частой правки. А это в свою очередь ведет к снижению производительности и повышению шероховатости.

Сложность плоского шлифования деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса привела к тому, что наиболее используемым инструментом является алмазные круги, но эффективности использования указанных кругов препятствуют следующие факторы:

- при температуре нагрева свыше 700С алмаз теряет свои режущие свойства. В тоже время плоское шлифование деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса сопровождается значительным тепловыделением. В связи с этим основным средством противодействия высоким температурам в процессе плоского шлифования является использование СОТС: однако в большинстве случаев эффективность действия СОТС оказывается невысокой при плоском шлифовании деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса. Использование кругов с отверстиями выполненными в виде цилиндров на рабочей поверхности, не обосновано ввиду непрестанно увеличивающегося числа марок материалов, для которых, даже существенное снижение температуры в зоне резания является фактором, неизменно ведущим к образованию тепловых дефектов и как следствие к браку, что недопустимо при высокой стоимости материалов применяемых при конструировании деталей машин;

- при плоском шлифовании затруднен отвод стружки и шлама из зоны обработки, что приводит к более интенсивному затупление режущих кромок алмазных зерен и как следствие к повышению температуры и снижению качества обработанной поверхности, а также к интенсивному засаливанию круга и повышению температуры.

Из приведенного анализа был сделан вывод, что для совершенствования процесса плоского шлифования деталей из коррозионно-стойких, хромоникелевых сталей аустенитного класса необходимо изменить характер подачи СОТС в зону резания, т.е. необходимо, с одной стороны, гарантированно доставлять СОТС в зону обработки для охлаждения, а, с другой стороны, попробовать с помощью СОТС избежать процесса засаливания. В результате была предложена гипотеза о подаче СОТС через конические отверстия, с использованием эффекта подобного подаче газа через такие отверстия (сопло Лаваля), т.е. можно предположит, что жидкость подобно газу достигнет очень высоких скоростей. Это позволит более интенсивно охладить зону резания и обрабатываемые поверхности и тем, самым существенно снизить температуру. В то же время жидкость, проходящая через местное сужение отверстия увеличивает скорость и давление падает. Если абсолютное давление при этом достигает значения, равного давлению насыщенных паров в ней жидкости при данной температуре, или давлению, при котором начинается выделение из нее растворенных газов, то в данном месте потока начинается интенсивное парообразование (кипение) и выделение газов. Образование пузырьков способствует удалению отходов шлифования из межзеренного пространства круга, и образованию прочных адсорбционных пленок, тем самым оказывая непосредственное влияния не стойкость инструмента. Среди преимуществ метода стоит учесть и тот факт, что подача СОТС осуществляется непосредственно в зону контакта шлифовального круга с обрабатываемой деталью тем самым обеспечивая максимальную эффективность использования СОТС.

В заключение первой главы, на основании анализа состояния проблемы и выбранного направления исследований, сформулирована цель работы и задачи исследований.

Вторая глава посвящена решению тепловой задачи для условий плоского шлифовании алмазными кругами с коническими отверстиями на торце. Решение производилось с учетом теплообмена в зоне резания с граничными условиями третьего рода. Уравнение теплопроводности в этом случае записывается следующим образом:

(1)




где: Т=Т(х,у,z,) – пространственно-временное распределение температуры в излучаемой фазе (детали); – коэффициент теплопроводности; с – теплоёмкость; – плотность среды; – скорость движения источника тепла.

Для того, чтобы функция Т(х,у,z,t) являлась единственным решением поставленной задачей, она должна одновременно удовлетворять некоторым начальным и граничным условиям.

Т=Т(х,у,z,)=const (2)
(3)

где: – коэффициент теплоотдачи, для простоты принимаем температуру окружающей среды равной нулю.

Начальное условие (2) задает распределение температуры внутри исследуемой области в начальный момент времени – граничное условие третьего рода, которое задает теплообмен на границе области с окружающей средой.

Обычно при решении тепловых задач рассматривается теплообмен вторичного тепла, прошедшего из зоны резания через обрабатываемую деталь в связи с невозможностью осуществлять теплообмен в зоне резания при обработке кругов обычной конструкции. В настоящей работе, при рассмотрении специальной конструкции кругов, рассматривается теплообмен в зоне резания, и поэтому главным условием является граничные условия третьего рода.

Граничные условия третьего рода задаются в форме закона Ньютона - Рихмана (например, на поверхности Х=в).

Функция источника, удовлетворяющая условию (1), представится в следующем виде (3):

(4)

Решение (1), (3), (4) проводится в соответствии со схемой, представленной на рис.1: по поверхности тела (детали), которое омывается охлаждающей жидкостью, в положительном направлении оси Z движется источник тепла. Плотность теплового потока по всей поверхности источника будем считать постоянной. Температуру охлаждающей жидкости и начальную температуру детали для простоты записи целесообразно принять равной нулю, систему координат свяжем с источником тепла, то есть начало координат поместим в точку пересечения оси вращения круга и поверхности обрабатываемой детали. В этом случае можно считать, что теплопроводящая среда (деталь) движется со скоростью продольной подачи в отрицательном направлении оси Z.

Рис.1.

В этом случае уравнение теплопроводности примет вид:

(5)

С краевыми и начальными условиями:

(6)

Окончательный вид тепловое уравнение для торцового шлифования с граничными условиями третьего рода будет иметь вид:

(7)

где:

Решение (7) осуществлено в пакете MathCAD. Результаты представлены в таблице 1.

В третьей главе приведено проектирование алмазного шлифовального круга с коническими отверстиями на торце и разработана методика проектирования. Проектирование основано на анализе теплофизических явлений, возникающих в процессе резания с подачей СОТС через конические отверстия. К таким явлениям относится кавитация жидкости и образование гидравлического «клина», что позволяет решить комплекс задач:

- выбрать размеры круга, тип алмазного зерна и его величину;

- определить силы резания.

Наличия гидроклина и числа кавитации рассчитываются с использованием известных эмпирических формул. Плотность теплового потока, была рассчитана с помощью максимальной температуры без охлаждения в соответствии с рекомендациями работ Гуськова В.Т., Колмогорова П.В., Свитковского Ф.Ю.:

(8)


Pages:   || 2 |
 

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.