Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Процессы механической обработки, станки и инструменты

Диссертационная работа:

Игнатьев Дмитрий Анатольевич. Повышение эффективности процесса торцового шлифования за счет использования СОТС в качестве элемента виброгасящей системы : 05.03.01 Игнатьев, Дмитрий Анатольевич Повышение эффективности процесса торцового шлифования за счет использования СОТС в качестве элемента виброгасящей системы (на примере пластин из хрупких неметаллических материалов) : дис. ... канд. техн. наук : 05.03.01 Н. Новгород, 2006 195 с. РГБ ОД, 61:07-5/959

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

Гланд 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

  1. Анализ исследований по шлифованию хрупких неметаллических материалов 9

  2. Анализ теории о механизме разрушения при шлифовании хрупких материалов связанным абразивом 14

  3. Анализ исследований но изучению тепловых, контактных и ударно-вибрационных процессов при шлифовании 17

  4. Современные инструменты для шлифования хрупких неметаллических материалов 27

  1. Эластичные шлифовальные круги 28

  2. Шлифовальные круги с виброгасителями 33

1.3. Анализ применения СОТС при шлифовании 49

  1. Смазочно-охлаждающие жидкости, применяемые при шлифовании 49

  2. Гидродинамика жидких СОТС при прохождении через пространство вращающегося шлифовального круга 50

  3. Технологическая эффективность применения СОТС, как уиру-

гої о элемента 52

ВЫВОДЫ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 57

Глава 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТОРЦОВОГО ШЛИФОВАНИЯ

  1. Общая методика проведения экспериментов 61

  2. Условия проведения экспериментов 62

  3. Методика исследования ниброгасящей способности системы 71

  1. Методика исследования интенсивности колебательных процессов рабочей части инструмента 72

  2. Методика исследования временных характеристик вибрационных процессов 73

2.4. Методика исследования упругих и демпфирующих свойств
СОТС 74

2.4,1. Методика исследования упругих свойств СОТС 74

2.4.2. Методика исследования демпфирующих свойств СОТС 75

2.5. іМетодика исследования параметров качества обработанной по
верхности 76

  1. Методика исследования шероховатости обработанной поверхности 77

  2. Методика исследования глубины дефектного слоя обработанной поверхности 77

  3. Методика исследования степени механической поврежденно-

сти обработанной поверхности 77

2.6. Методика исследования производительности процесса шлифо
вания 78

2.7. Статистическая обработка результатов экспериментов 79

Глава 3, РАЗРАБОТКА И ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ НОВОЙ

СХЕМЫ И КОНСТРУКЦИИ ВИБРОГАСЯЩЕЙ СИСТЕМЫ

  1. Обоснование общих подходов к разработке технологическою процесса торцового шлифования хрупких материалов 86

  2. Разработка схемы виброгасящей системы 87

  3. Моделирование процесса торцовоіо шлифования с использованием СОТС в качестве элемента виброгасящей системы 91

  4. Моделирование процесса торцового шлифования и разработка методики расчета конструктивно-технологических параметров виброгасящей системы 106

  1. Разработка методики расчета жесткости упругих элементов виброгасителя 107

  2. Разработка методики расчета подъемной силы развиваемой слоем СО ГС 114

3.5. Разработка обобщенных математических моделей процесса

торцового шлифования 121

ВЫВОДЫ 124

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

ВИБРОГАСЯЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ИНСТРУМЕНТА И

ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ШЛИФОВАНИЯ

4.1 Экспериментальное исследование упругих и демпфирующих

свойств СОТС 125

4.1.1 Экспериментальное исследование упругих свойств СОТС 126

4.1.2 Экспериментальное исследование демпфирующих свойств

СОТС. 129

  1. Сравнительное экспериментальное исследование виброгасящей способности предложенной системы 130

  2. Экспериментальное исследование эффективности разработанного процесса торцового шлифования хрупких материалов 136

  1. Экспериментальное исследование качества обработанных поверхностен 136

  2. Экспериментальное исследование производительности торцового шлифования 141

ВЫВОДЫ 143

Глава 5. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ. РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВЫБОР КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ШЛИФОВАЛЬНОГО КРУГА

И РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ

  1. Выбор режимов шлифования и конструктивных параметров инструмента для получения заданной шероховатости обрабатываемой поверхности 146

  2. Выбор режимов шлифования и конструктивных параметров инструмента для получения заданной глубины дефекшою слоя обрабатываемой поверхности 156

  3. Выбор режимов шлифования и конструктивных параметров инструмента для получения заданного количества дефектов

обрабатываемой поверхности 163

ВЫВОДЫ 166

Глава 6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ

  1. Разработка и расчет инструментов входящих в состав виброї а-сящей системы 168

  2. Разработка и расчет упругих элементов 173

  3. Промышленное использование результатов исследований 176

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 178

Список литературы 180

Приложение 190

Введение к работе:

Актуальность темы

Одним из способов повышения эффективности обработки, проводимой абразивным инструментом, является создание и совершенствование оптимальных технологических процессов, обеспечивающих высокую производительность и требуемое качество обработанных поверхностей, за счет применения различных методов борьбы с вибрациями в системе ”инструмент-заготовка”. Сопутствующие обработке вибрации часто вызывают появление недопустимых дефектов: повышенной шероховатости и глубины дефектного слоя, оптической и механической неоднородностей, сколов, микротрещин. Особенно остро эта проблема стоит при торцовом шлифовании плоскостей хрупких неметаллических материалов (неорганических стекол, ситалла, керамики). Перечисленные материалы применяются для изготовления деталей типа ”подложка” для зеркал, линз и призм, которые широко используются в изделиях точного машиностроения и приборостроения, где совершенствование методов шлифования за счет применения методов борьбы с вибрациями, в большинстве случаев, проводится путем повышения жесткости оборудования и приспособлений, применения различных шлифовальных кругов с демпферами и др., и сопровождается интенсивным охлаждением (подачей в зону резания различных смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС)). Кроме того, на предварительных операциях (шлифование) возможно появление в поверхностном слое дефектов, которые приводят к увеличению припуска и времени на обработку при последующих финишных операциях (доводка-притирка, полирование), повышенному расходу основного и вспомогательного материалов, а также возможному возникновению неисправимого брака и увеличению себестоимости изготовления изделий.

Анализ показывает, что применяемые в промышленности методы борьбы с вибрациями при торцовом шлифовании хрупких материалов в большинстве случаев недостаточно эффективны по обеспечению требуемых характеристик качества обработанной поверхности.

Применяемые при этом СОТС используются в основном для отведения тепла из зоны резания. В тоже время, практика показывает, что преобладающая часть СОТС, находящаяся в зоне контакта инструмента с заготовкой обладает виброгасящими свойствами. Отсюда, при наличии достаточно надежной возможности обеспечения стабильности свойств СОТС, они могли быть использованы в борьбе с вибрациями в системе ”инструмент-заготовка”. Это для ряда промышленных производств, в частности, изготовления оптических приборов, могло бы явиться одним из средств обеспечения высокой производительности и требуемого качества обработанных поверхностей, что является актуальной задачей современного машино- и приборостроения.

Настоящая работа выполнена в соответствии с госбюджетной тематикой научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ кафедры «Технология машиностроения» АПИ НГТУ и договорам по сотрудничеству с предприятием «Темп-АВИА» (г. Арзамас).

Целью работы является повышение эффективности (качества и производительности) процесса торцового шлифования изделий из хрупких неметаллических материалов (ХНМ) на основе разработки новых схем виброгасящих систем и входящих в них конструкций устройств, обеспечивающих снижение вибраций в системе ”инструмент - заготовка” с учетом использования в качестве элемента виброгасящей системы СОТС.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

1. На основе анализа теории шлифования, гидродинамических и физических процессов математически описать процесс торцового шлифования с применением виброгасящей системы, СОТС, в качестве виброгасящего элемента системы, предложить марки СОТС и рациональные схемы устройств, входящих в состав виброгасящей системы при плоском торцовом шлифовании, которые обеспечивали бы эффективное гашение вибраций при заданной производительности устройств и повышение качества обрабатываемых изделий из хрупких неметаллических материалов.

2. Построить обобщенную математическую модель процессов торцового шлифования с учетом использования в качестве элемента виброгасящей системы СОТС и на этой основе разработать новые конструкции устройств, учитывающих поведение СОТС в зоне обработки, и обеспечивающих требуемую производительность и качество процессов.

3. Экспериментально проверить технологические возможности разработанных устройств и СОТС, входящих в состав виброгасящей системы применяемой при шлифовании, обеспечивающих эффективное гашение вибраций, а также повышающих параметры качества обработанных поверхностей изделий из кварцевых стекол и ситалла и производительность процесса.

4. Произвести рациональный выбор конструктивно-технологических параметров виброгасящей системы в сочетании с технологическими факторами обработки деталей из хрупких неметаллических материалов и выявить их влияние на основные параметры процесса торцового шлифования и его эффективность.

5. Разработать методику для инженерного расчета конструктивно-технологических параметров предложенной виброгасящей системы, устройств и СОТС, входящих в ее состав, с учетом ее использования при торцовом шлифовании деталей из хрупких материалов.

Объекты и методика исследований. Основными объектами экспериментальных исследований явились виброгасящая система в составе шлифовального технологического оборудования, с использованием СОТС на водной основе марок Оксидол ОС1 (3-5%), Ленол 10М (1-3%), Аквол - 10 (6-8%), реальные детали из неорганических стекол марок К108, КУ-1, КУ-2 и ситалла СО-115М, применяемые в гироскопических приборах, шлифовальные инструменты, технологические процессы торцового шлифования.

Теоретические исследования выполнялись на базе научных основ технологии машиностроения, теорий механической обработки и шлифования хрупких неметаллических материалов (стекол и ситаллов), теории вибрационных процессов, фундаментальных положений гидродинамики, математического и физического моделирования поведения тонкого слоя жидкости в поле центробежных сил инерции.

Экспериментальные исследования проводились в производственных и лабораторных условиях с использованием современной измерительной аппаратуры на основе методов оптической микроскопии, планирования многофакторного эксперимента и статистического анализа, рационализации процессов обработки. Математическая обработка результатов исследований производилась с использованием ПЭВМ.

Научная новизна работы. Разработан (решение о выдаче патента РФ на полезную модель по заявке № 2006115970/22(017355) от 10.05.2006г.) и теоретически обоснован более эффективный способ гашения вибраций при торцовом шлифовании с использованием технологической среды, обеспечивающий повышение качества обработанной поверхности, производительности обработки и снижение трудозатрат, связанных со снижением припуска под финишную обработку.

Разработана обобщенная математическая модель процесса торцового шлифования деталей из хрупких материалов с использованием виброгасящей системы, состоящей из технологической среды и виброустойчивого инструмента, оснащенного рабочей частью со спиральными канавками, отражающая влияние ее характеристик, а также конструктивно-технологических параметров предложенного инструмента и СОТС и других технологических факторов на эффективность процесса.

На основе теории и метода борьбы с вибрациями при торцовом шлифовании разработана новая конструкция инструмента (патент РФ № 53961 на полезную модель от 10.06.2006г.), оснащенного виброгасителем и новой конструкцией рабочей части (решение о выдаче патента РФ на полезную модель по заявке № 2006130270/22(032893) от 21.08.2006г.), обеспечивающего повышение качества поверхности, а также снижение трудоемкости изготовления деталей из хрупких материалов за счет интенсификации режимов шлифования, уменьшения припусков на финишные операции при заданной производительности и исключающего трудоемкие процессы по минимизации дефектного слоя.

Получены новые экспериментальные результаты исследований, определяющие эффективность предложенной системы виброгашения с использованием виброгасящих свойств СОТС при торцовом шлифовании изделий из ХНМ (кварцевых стекол и ситалла).

Получены интерполяционные математические модели, позволяющие расширить представления о механизме формирования параметров качества поверхностного слоя и с достаточной степенью достоверности прогнозировать его в зависимости от режимов обработки и конструктивных параметров виброгасящей системы, а также определять рациональные их значения при торцовом шлифовании деталей из хрупких неметаллических материалов.

Практическая ценность работы

1. Разработана методика инженерного расчета рациональных конструктивно-технологических параметров виброгасящей системы, применяемой при торцовом шлифовании, которая обеспечивает эффективное гашение вибраций и экспериментальная модель установки для определения упругих свойств технологической среды.

2. Разработан алгоритм нахождения конструктивно-технологических параметров предложенной виброгасящей системы.

3. Разработана и передана к внедрению на ОАО АНПП «Темп-АВИА» (г. Арзамас) технология торцового шлифования, обеспечивающая эффективное гашение вибраций, в процессе обработки заготовок из кварцевых стекол и ситалла, повышение качества и производительности обработки, снижение трудозатрат по минимизации дефектного слоя.

Апробация и реализация работы

Апробация основных положений и результатов диссертационной работы осуществлялась в виде докладов и выступлений на: ежегодных научных конференциях и семинарах Нижегородского государственного технического университета в 2001-2004 г.г.; заседаниях кафедр «Технология машиностроения» НГТУ и Арзамасского филиала НГТУ в 2001-2006 г.г.; Всероссийских научно-технических конференциях «Прогрессивные технологии в машино- и приборостроении». – Нижний Новгород – Арзамас, 2002-2005 г.г.; Региональном молодежном научно-техническом форуме «Будущее технической науки нижегородского региона». – Нижний Новгород: НГТУ, 2002; Всероссийской научно-технической конференции «Современные технологии в машиностроении». – Пенза, 2002; Международной юбилейной технической конференции «Наука о резании материалов в современных условиях». – Тула: ТулГУ, 2005; Международной юбилейной научно-технической конференции «Обеспечение и повышение качества машин на этапах их жизненного цикла» - Брянск: БГТУ, 2005; 10-ой нижегородской сессии молодых ученых «Технические науки» - Нижний Новгород, 2005; Международной научно-технической конференции «Процессы абразивной обработки, абразивные инструменты и материалы. Шлифабразив-2005». – Волжский: ВолгГАСУ, 2005; 8-ой Международной практической конференции-выставке «Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов оборудования, инструмента и технологической оснастки» - Санкт Петербург, 2006; 5-ой Юбилейной Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки» - Нижний Новгород: НГТУ, 2006.

Результаты исследований использованы при разработке опытно-промышленной технологии и оснастки для изготовления деталей из хрупких неметаллических материалов, в том числе стекол, ситаллов и керамики, на кафедре «Технология машиностроения» АПИ НГТУ и переданы на ряд промышленных предприятий Нижегородского региона.

Материалы теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе при чтении лекций, проведении практических и лабораторных занятий со студентами и магистрами по дисциплинам «Технология машиностроения», «Ресурсосбережение и малоотходные технологии».

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 печатных работ, в том числе, 1 патент и 2 положительных решения на полезные модели.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, библиографического списка из 119 наименований, 1 приложения. Содержит 194 страницы машинописного текста, 50 рисунков, 11 таблиц.

Подобные работы
Мурашкин Сергей Викторович
Повышение эффективности процесса шлифования за счет правки шлифовальных кругов с применением ультразвуковых колебаний
Дормушев Антон Емилевич
Повышение эффективности операции разрезания заготовок из хрупких неметаллических материалов путем активации элементов технологической системы
Алейникова Маргарита Анатольевна
Повышение эффективности процесса плоского шлифования на основе увеличения скорости резания и анализа влияния динамических факторов
Быкадорова Ольга Геннадьевна
Повышение эффективности шлифования путем управления процессом взаимодействия абразивного зерна и обрабатываемого металла
Скиба Вадим Юрьевич
Повышение эффективности технологического процесса обработки деталей машин при интеграции абразивного шлифования и поверхностной закалки ТВЧ
Есаян Павел Микаелович
Повышение устойчивости технологической системы при различных схемах резания воздействием на пространственную ориентацию элементов автоколебательного контура станка с ЧПУ
Самохина Наталья Станиславовна
Повышение точности технологических систем горизонтальных координатно-расточных станков методом стабилизации положения их элементов
Никифоров Игорь Петрович
Повышение эффективности внутреннего шлифования в условиях пониженной жесткости технологической системы
Барсуков Геннадий Валерьевич
Повышение эффективности гидроабразивного резания на основе дискретного регулирования состояний технологической системы
Пургин Валерий Павлович
Повышение эффективности сверления малоразмерных неполнопрофильных отверстий на основе оптимизации структуры и параметров технологических систем

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net