Підвищення ефективності шліфування циліндричних поверхонь орієнтованим кругом заправленим з різними подачами на робочій та калібрувальній ділянках

Abstract

Дисертаційна робота написана з метою підвищення ефективності абразивної обробки циліндричних поверхонь деталей периферією круга за рахунок орієнтації інструменту та правки його з різними подачами на робочій та калібрувальній ділянках. У першому розділі проаналізовано існуючі способи абразивної обробки циліндричних поверхонь деталей при паралельних та схрещених вісях інструмента та деталі, тривимірні моделі формоутворюючих систем верстатів, зняття припуску, поверхонь інструментів та поверхонь, що оброблюються. Було встановлено, що розробка нових способів шліфування зі схрещеними вісями інструмента і деталі є потужним резервом інтенсифікації процесу шліфування, який дасть змогу суттєво підвищити точність і продуктивність обробки та забезпечити необхідну якість оброблюваних циліндричних поверхонь. Значний внесок у розвиток абразивної обробки внесли численні наукові інститути, центри та колективи вітчизняних вчених серед яких: Р.Р. Агасарян [2], А.К. Байкалов [4], С.М. Братан [8], Ю.М. Внуков [12], А.П. Гавриш [13], А.І. Грабченко [14], В.І. Дикушин [27], В.Л. Доброскок [28], Н.В. Зубкова [33], Л.П. Калафатова [35], В.В. Кальченко [36], В.І. Кальченко [45], В.В. Коломієць [63], С.М. Корчак [64], Д.В. Криворучко [65], В.І. Лавриненко [71], Ф.В. Новіков [86], Ю.К. Новосьолов [89], Б.А. Перепелиця [96], О.А. Пермяков [97], Ю.В. Петраков [98], М.Ф. Семко [111], Ю.А. Сизий [113], М.С. Степанов [119], М.Д. Узунян [120], .О. Федорович [123], А.Н. Шелковой [130], А.В. Якімов [133], П.І. Ящерицин [135], та інші. В роботах цих та інших авторів досліджуються процеси шліфування периферією і торцем круга з паралельними і схрещеними осями інструмента та деталі, управління рельєфом круга, процеси технологічного забезпечення якості оброблюваних поверхонь, вплив режимів обробки на рівень вібрацій, просторове моделювання алмазно-абразивних інструментів, формоутворюючих систем верстатів, процесів шліфування, управління ріжучою здатністю шліфувальних кругів, вплив ріжучої здатності круга на температуру і сили при шліфуванні, способи підвищення продуктивності і точності при шліфуванні зі схрещеними осями інструмента і деталі, визначення складових сил різання, товщини шару, який зрізається при шліфуванні орієнтованим інструментом, тощо. На основі проведеного аналізу літературних джерел визначено мету та основні завдання дослідження. У другому розділі описана методика проведення експериментальних досліджень процесу шліфування циліндричної поверхні вала периферією орієнтованого абразивного круга заправленого з різними подачами на робочій та калібрувальній ділянках. Наводиться перелік необхідного обладнання та його технічні характеристики. Шліфування проводиться на універсально-заточувальному верстаті з ЧПК ВЗ208-Ф3. Необхідний профіль абразивного круга отримується там же та контролюється за допомогою прилада з оптиковолоконним датчиком. Визначення температури по поверхні деталі під час обробки здійснюється тепловізором моделі ULIRVISION ТІ-384, а безпосередньо в зоні шліфування температура вимірюється за допомогою термопари. Потужність шліфування по координаті обробки вимірюється аналізатором потужності С.А 8220. Шорсткість обробленої поверхні вала за параметром Rа визначалася портативним профілометром Pocket Surf та профілографом-профілометром моделі 201. У третьому розділі наведено модульне тривимірне моделювання процесу формоутворення циліндричної поверхні деталі при шліфуванні периферією орієнтованого круга в режимі затуплення. Розроблені тривимірні геометричні модульні моделі поверхні абразивного круга та деталі. На базі отриманої просторової моделі проведено проведено дослідження розподілу припуску повздовж різальної ділянки абразивного інструмента в процесі шліфування орієнтованим кругом. Проведено дослідження складових сил шліфування із врахуванням різальних та деформуючих зерен. Розроблено модульну тривимірну модель правки периферійної ділянки абразивного інструменту однокристальним алмазним інструментом в процесі шліфування зі схрещеними осями інструмента та деталі. Проведено динамічний розрахунок шпиндельного вузла. Четвертий розділ присвячений проведенню експериментальних досліджень процесу чистової однопрохідної абразивної обробки циліндричної поверхні деталі периферійною частиною орієнтованого абразивного круга, заправленого з різними подачами на чорновій і калібрувальній ділянках, в режимі затуплення. Відповідно до запропонованої схеми обробки, максимальний припуск зрізаться частиною периферії інструменту, що врізатється в заготовку першою, рівномірно зменшуючись до калібрувальної ділянки, яка формує остаточну точність і не бере участь в чорновому зрізанні припуска та має за рахунок цього високу стійкість. Величина температури в зоні шліфування та розподіл температури під час обробки показали, що структурні перетворення в поверхневому шарі деталі не відбуваються. Ці перетворення могли б негативно впливати на якість деталі, що обробляється. Також було виміряно величину активної потужності та параметри точності і шорсткості обробленої поверхні деталі. При проведенні досліджень впливу технологічних параметрів обробки на точність використовувався повний факторний експеримент типу 23 при обліку взаємодій між факторами. На підставі теоретичних досліджень, розроблених 3D моделей і складених робочих програм, визначено основні фактори. Здійснено планування повного факторного експерименту з трьома факторами. Також була здійснена перевірка значимості коефіцієнтів регресії. Проаналізувавши рівняння регресії, було визначено, що найбільший вплив на точність та продуктивність обробки мають повздовжня подача, кут орієнтації абразивного інструменту, величина припуску та їх взаємодія. Було встановлено, що взаємодія кута орієнтації інструменту з величиною повздовжньої подачі - не впливають. Наукова новизна одержаних результатів: 1. В роботі вперше представлені розроблені модульні тривимірні моделі абразивного круга, процесів зняття припуску периферійною частиною інструменту за координатою обробки, формоутворення калібрувальною ділянкою, що розташована на осі повороту інструменту при фінішній обробці деталей з циліндричнми поверхнями абразивним орієнтованим кругом в режимі затуплення. Проаналізувавши вищезгадані моделі, отримали залежності впливу орієнтації інструменту на процеси зняття припуску, формоутворення, якість і точність циліндричної деталі, яка оброблялась. 2. Отримано розвиток залежності визначення кутів орієнтації абразивного інструменту в процесі фінішньої обробки периферійною частиною абразивного круга циліндричних поверхонь в режимі затуплення, які створені на основі проведеного аналізу створених модульних тривимірних моделей інструмента, формоутворення та процесів зняття припуску при фінішній обробці орієнтованим кругом. 3. Створена модульна просторова модель правки абразивних кругів однокристальним правлячим інструментом із різною подачею, дослідженням якої встановлено закономірності формоутворення шліфувальних інструментів та процесів зняття припуску. 4. Уточнено залежності визначення теплонапруженості процесу фінішньої обробки циліндричних поверхонь оброблюваних деталей орієнтованим інструментом під час його роботи в режимі затуплення. Практичне значення одержаних результатів: 1. Отримані модульні тривимірні моделі деталі, інструмента, формоутворення та процесів зняття припуску, а також методики, створюють теоретичну базу нового більш ефективного способу фінішної обробки деталей з циліндричними поверхнями абразивним орієнтованим кругом під час його роботи в режимі затуплення. 2. Були визначені параметри орієнтації абразивного круга, що забезпечили зняття припуску периферійною частиною круга, розроблено спосіб фінішнньої обробки деталей з циліндричнми поверхнями орієнтованим інструментом при його роботі в режимі затуплення. Вищезгадані результати отримані завдяки проведенню аналізу модульних тривимірних моделей формоутворення, процесів зняття припуску, інструмента та деталі, що оброблялась. 3. Запропонована методика зняття припуску, при якій припуск розподіляється вздовж чорнової, напівчистової, чистової та калібрувальної ділянок шліфувального круга. 4. Опираючись на результати аналізу модульних тривимірних моделей процесів зняття припуску, формоутворення, деталі та інструменту було розроблено модульну просторову модель правки абразивних кругів однокристальним правлячим інструментом із різною подачею. 5. Здобувач є співавтором отриманих патентів на корисну модель за темою дисертаційного дослідження: спосіб круглого чистового шліфування периферією орієнтованого круга (№134080 від 25.04.2019), спосіб шліфування циліндричних поверхонь зі схрещеними осями круга і деталі (№145383 від 10.12.2020), спосіб шліфування кулачків розподільчого валу (№145532 від 28.12.2020). 6. Практичні рекомендації з використання наукових розробок впроваджені у виробництво на ТОВ «МГК-Черкаси» (м. Черкаси). Від впровадження результатів роботи очікується економічний ефект, який складає 25 тис. грн. 7. Методики та результати дисертаціної роботи впроваджено в навчальний процес Національного університету «Чернігівська політехніка».