Наукові основи створення високоефективних процесів, обладнання та інструменту обдирного шліфування

Розділ 5 роботи охоплює дослідження, розробку принципів і практичних шляхів забезпечення високих експлуатаційних характеристик абразивно-обдирного інструменту, оскільки наявність високостійкого, продуктивного й економічного інструменту є невід'ємним атрибутом реалізації високоефективних процесів та обладнання обдирного шліфування.

Виконані порівняльні дослідження побудови кращих світових зразків абразивно-обдирного інструменту на бакелітовій зв'язці, яка проілюстрована на рис. 16 видом структури абразивних зерен, показали техніко-економічну безперспективність наслідування досвіду провідних закордонних компаній, що вирішують проблему забезпечення високих експлуатаційних властивостей інструменту шляхом удосконалювання хімічних аспектів його виготовлення на базі взаємодії широкого спектра компонентів, за умови використання високоякісних сировинних матеріалів.

На основі конкретизації відповідно до специфіки обдирного шліфування поняття якості інструменту - максимальна продуктивність і стійкість при мінімальній вартості - запропоновано і реалізовано чотири взаємозв'язані напрямки досліджень і розробок, які склали в комплексі наукові і прикладні основи створення високоефективного абразивно-обдирного інструменту. Йдеться про оптимізацію складу інструменту: вишукування ефективних зв'язувальних наповнювачів, рецептур абразивних мас і альтернативних видів сировинних компонентів; про розробку на основі досліджень нових технологій виготовлення інструменту; про розробку його раціональних конструкцій; про створення на основі виконаних досліджень і розробок спеціалізованих виробництв з випуску високоякісного інструменту.

Установлено, що впливом на фізико-хімічні процеси у феноло-формальдегідному зв'язуючому при його поліконденсації шляхом уведення наповнювачів заданих властивостей забезпечується поліпшення експлуатаційних характеристик інструменту. Розроблено ряд ефективних і доступних у реалізації процесів, що забезпечують підвищення різальних властивостей інструменту в результаті введення до складу зв'язуючого запропонованих у роботі комплексних наповнювачів, у тому числі - базованих на застосуванні техногенних відходів: подрібнених вогнетривких матеріалів і скловолокна, металоабразивної стружки. Актуальність пошуку альтернативних абразивних матеріалів зумовила розробку новолачної смоли, доступної у виготовленні безпосередньо при виробництві інструменту, а також технологій отримання і застосування абразивних зерен, вилучених з відходів інструменту.

Поліпшення якості вітчизняних електрокорундових абразивних зерен, актуальність якого очевидна з розгляду рис. 16, забезпечують розроблені технологічні процеси, які передбачають заповнення пор у зернах сполуками на основі кремнійорганічних полімерів, що забезпечує підвищення в 1,21,5 раза швидкості знімання металу і коефіцієнта шліфування.

У результаті виконаних досліджень розроблено комплекс технологічних процесів, які забезпечують поліпшення адгезії зерна зі зв'язкою механічним (підвищення рівномірності розподілу компонентів маси, обертання інструменту при термообробці) і хімічним (нові зволожувачі абразивних мас) шляхами, що підвищує в 1,31,6 раза різальні властивості інструменту.

Дослідженнями встановлено, що управління реакцією поліконденсації феноло-формальдегідного зв'язуючого шляхом регламентованого силового впливу на абразивну масу в заданих температурних і часових інтервалах забезпечується зміцнення зв'язки, суттєве підвищення якості інструменту. Розроблені процеси та обладнання - промислова технологія силової бакелізації, технологія термообробки під тиском, які проілюстровані на рисунках 17 і 18, забезпечують підвищення експлуатаційних властивостей інструменту порівняно з традиційними технологіями гарячого пресування у 23 рази.

Виконані дослідження покладені в основу розроблених методів підвищення технологічності і поліпшення екологічних аспектів виготовлення інструменту.

Знайдені в результаті досліджень склади і запропоновані технологічні процеси виготовлення інструменту стали базою виконаної розробки нових конструкцій абразивних кругів для таких ефективних видів обробки, як самоосцилююче, переривчасте і сегментне шліфування, що забезпечило зростання експлуатаційних показників в 1,31,7 раза.

Виконані дослідження та розробки покладені в основу створеного спеціалізованого абразивного виробництва продуктивністю 6000 т/рік абразивно-обдирного інструменту, промислова експлуатація якого свідчить про його відповідність рівню продукції провідних світових виробників.

У розділі 6 викладена розробка прикладних основ оптимального проектування процесів, обладнання та інструменту обдирного шліфування.

Найбільш ефективним шляхом об'єднання результатів виконаних досліджень, сформульованих наукових положень, розроблених підходів у єдину методологію створення високоефективних процесів, обладнання та інструменту є побудова комплексних і локальних систем автоматизованого проектування (САПР). Другою, не менш важливою складовою прикладних основ є формування за результатами досліджень практичних рекомендацій розробнику.

Запропоновано загальні положення підходу до побудови САПР процесів, обладнання та інструменту, які сформульовані на основі адаптації канонічних положень теорії САПР до специфіки обдирного шліфування. У розділі описані розроблені алгоритми комплексних систем автоматизованого проектування процесів обдирного шліфування - САПР - ТПОШ(К) і обдирно-шліфувального обладнання - САПР - к ОШВ, а також локальних САПР, що входять до складу комплексних систем: проектування процесів, оптимізованих за показниками ефективності - САПР - ТПОШ “Ефективність” і якості обробки - САПР - ТПОШ “Якість”, проектування оптимальних норм вироблення і витрати абразивного інструменту - САПР - ТПОШ “Нормування”, проектування абразивного інструменту - САПР - ТПОШ “Абразив”; проектування оптимального компонованого рішення верстата - САПР - к ОШВ “Компонування”, проектування оптимальної динамічної системи - САПР - к ОШВ “Динаміка”, розробки технологічного завдання на проектування верстата - САПР - к ОШВ “ТЛЗ”.

Інформаційною і методологічною основою систем стали результати досліджень і розробки, виконані в цій роботі.

У розділі викладені також розроблені методи забезпечення динамічної якості ОШВ при проектуванні, що включають вибір оптимальних конструктивних параметрів і реалізацію на прикладі конкретного обладнання розроблених підходів і рішень при його проектуванні, наведені практичні рекомендації конструкторові ОШВ.

Розділ 7 присвячений створенню та аналізу техніко-економічних показників промислового впровадження високоефективних процесів обдирного шліфування, обдирно-шліфувального обладнання та абразивно-обдирного інструменту. В результаті комплексного підходу до розв'язання науково-технічної проблеми, що полягало в поєднанні наукових досліджень і інженерної реалізації їх результатів, усі складові теоретичних і експериментальних досліджень були практично втілені у виконаних в цій роботі розробках: нових технічних рішеннях і об'єктах нової техніки, що реалізують ці рішення. Більшість розробок впроваджена у виробництво і освоєна в промисловій експлуатації на найбільших металургійних комбінатах СНД - “Криворіжсталь”, “Електросталь”, Сєровськом, “Іжсталь”, “Серп і молот” та інших підприємствах.

Впровадження розроблених процесів ефективного і якісного обдирного шліфування металопродукції з легованих, конструкційних, інструментальних, жароміцних сталей і сплавів забезпечило без додаткових капітальних витрат підвищення продуктивності зачищення в середньому на 2025%, скорочення втрат металу і витрати абразивного інструменту на 1520%. Експлуатація підприємствами розроблених у цій роботі високопродуктивних і економічних ОШВ забезпечило підвищення продуктивності зачищення в 2,53 рази, скорочення на 2040% втрат металу та інструменту. Рівень технічних рішень, реалізованих в абразивно-обдирному інструменті, що випускається серійно, як показала практика його промислового застосування, забезпечує підвищення в 25 разів рівня експлуатаційних характеристик порівняно з кращими зразками інструменту СНД і відповідність рівню продукції провідних світових виробників при суттєво меншій вартості.

Сумарний фактичний економічний ефект від впровадження об'єктів нової техніки, розроблених у ході виконання цієї роботи, становив 2,36 млн руб. (у цінах 1991 р.) і 376,9 тис. грн., потенційний економічний ефект становить 104,1 млн. руб. (у цінах 1991 р.). Сумарний фактичний річний доход від

функціонування спеціалізованого абразивного виробництва перевищує 2,7 млн грн.

ВИСНОВКИ

1. Виконаний при проведенні дисертаційної роботи комплекс теоретичних і прикладних досліджень, висунуті наукові положення, розроблені і реалізовані на промислових підприємствах об'єкти нової техніки та технології склали базу вперше сформованих наукових основ створення високоефективних процесів, обладнання та інструменту обдирного шліфування, що забезпечують рішення важливої і актуальної науково-технічної проблеми - ефективного і якісного зачищення металопродукції відповідального призначення, підвищення її конкурентноспроможності, зниження матеріальних витрат при виробництві, поліпшення екологічної обстановки на виробництві.

2. Запропоновано концепцію оптимального проектування процесів обдирного шліфування, створені основи теорії обдирного шліфування, які включають математичний опис фізичних процесів, що відбуваються в металі при обробці, принципи управління тепловим і напружено-деформованим станом металу, реалізація яких забезпечує ведення процесу обробки при регламентованих значеннях максимальної температури поверхні, щільності теплового потоку в метал, характеру розподілу температур, тимчасових і залишкових напруг у поверхневому шарі металу.

3. У результаті виконаних теоретичних і експериментальних досліджень процесів обдирного шліфування виявлені закономірності, що визначають характер впливу режимних параметрів на фізичні процеси в металі, а також на показники ефективності і якості обробки, розроблені методологія оцінки ефективності процесів обробки і стратегія технологічного забезпечення високоефективного і якісного зачищення металопродукції, яка передбачає оптимізацію параметрів процесу на базі запропонованого комплексного критерію ефективності і визначення режимів обробки, які запобігають утворенню в поверхневому шарі металу технологічної спадковості, неприпустимої для металопродукції конкретного призначення.

4. Відповідно до запропонованої концепції оптимального проектування обдирно-шліфувального обладнання, на базі розроблених теоретичних основ динаміки обдирно-шліфувальних верстатів, створена й одержала практичну реалізацію методологія визначення оптимальних параметрів їх динамічних систем, яка включає виявлення і математичний опис джерел коливань, що справляють домінуючий вплив на динамічну якість верстата; установлений на основі математичного моделювання з використанням частотних методів теорії автоматичного управління і дослідження динамічної системи обдирно-шліфувального верстата характер впливу його компоновочних і конструктивних параметрів, а також технологічних факторів процесу обробки на динамічну стійкість верстата, критерієм оцінки якої прийнята стабільність глибини обробки.

5. Виконані теоретичні й експериментальні дослідження дали змогу визначити стратегію забезпечення динамічної якості обдирно-шліфувальних верстатів при їх проектуванні, яка полягає в запобіганні резонансу в зміні глибини шліфування при збуджуванні коливань радіальним биттям абразивно-обдирного круга і забезпеченні значень амплітуди зміни глибини шліфування, що не перевищують величину, яка допускається технологічним регламентом процесу зачищення, при збуджуванні коливань кривизною оброблюваної заготовки.

6. Виходячи з прийнятої концепції оптимального проектування, розроблено новий типаж обдирно-шліфувальних верстатів - їх видова, структурна класифікація. Методологічною основою типажу є висунуте наукове положення, згідно з яким при забезпеченні відповідності структури типажу структурі виробництва металопродукції, оброблюваної обдирним шліфуванням, базовою галуззю застосування обдирно-шліфувальних верстатів - чорною металургією, технологічне, компоновочне і конструктивне рішення верстата, характеристика його модульної і динамічної систем, експлуатаційні можливості визначаються місцем верстата в типажі, а отже - технологічним призначенням і характеристикою процесу обдирного шліфування.

7. На базі розроблених теоретичних і прикладних основ структурної компонетики обдирно-шліфувальних верстатів, принципів підходу до забезпечення надійності їх експлуатації запропонована і реалізована при створенні нових видів обладнання методологія аналізу компонувань і синтезу оптимальних компоновочних рішень обдирно-шліфувальних верстатів, оцінки, діагностики, прогнозування та забезпечення при проектуванні їх технологічної надійності.

8. У результаті виконаних досліджень визначені закономірності, що характеризують вплив конструктивних параметрів верстата і технологічних факторів процесу обробки на якість компоновочного рішення та рівень технологічної надійності обдирно-шліфувального верстата, установлений і проаналізований відповідаючий прийнятій концепції оптимального проектування системний взаємозв'язок параметрів компонування верстата з його типажною характеристикою.

9. Розроблена на базі виконаних досліджень і реалізована при створенні спеціалізованого абразивного виробництва стратегія забезпечення високих різальних властивостей і стійкості абразивно-обдирного інструменту, яка базується на виявлених закономірностях, що визначають вплив запропонованих комплексних наповнювачів абразивних мас, розроблених принципів поліпшення якості їх сировинних компонентів і адгезії абразивних зерен зі зв'язкою, управління реакцією поліконденсації феноло-формальдегідного зв'язуючого на експлуатаційні характеристики абразивно-обдирного інструменту, технологічність і екологічні аспекти його виготовлення.

10. Розроблено прикладні основи оптимального проектування процесів, обладнання та інструменту обдирного шліфування, що базуються на запропонованих алгоритмах комплексних і локальних САПР, методологічною та інформаційною основою яких стали результати виконаних досліджень і створені розробки.

11. Результати всіх складових комплексу виконаних теоретичних і експериментальних досліджень реалізовані в розроблених у цій роботі нових технічних рішеннях і об'єктах нової техніки: у високоефективних процесах обдирного шліфування, продуктивних і економічних обдирно-шліфувальних верстатах, що не мають аналогів за технічними рішеннями і експлуатаційними можливостями, у високостійкому абразивно-обдирному інструменті, виробництві з його випуску, захищених 37 авторськими свідоцтвами й патентами. Більшість розробок упроваджена у виробництво, що забезпечило сумарний фактичний економічний ефект у розмірі 2,36 млн руб. (у цінах 1991 р.) і 376,9 тис. грн. Річний доход від функціонування спеціалізованого абразивного виробництва становить 2,7 млн грн.

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Сталинский Д.В. Компонетика и надежность обдирочно-шлифовальных станков. - Харьков: Регион, 2002. - 200 с.

2. Сталинский Д.В. Теория и методы проектирования технологии обдирочного шлифования. - Харьков: Рубикон, 2001. - 230 с.

3. Сталинский Д.В., Сизый Ю.А. Оптимальное проектирование динамических систем обдирочно-шлифовальных станков. - Харьков: Харьковский государственный политехнический университет, 2000. - 113 с. Здобувачем розроблені методологія досліджень, динамічні моделі, розрахункові методи, висновки і практичні рекомендації.

4. Сизый Ю.А., Сталинский Д.В., Митин В.А. Собственные колебания станка для обдирочного шлифования проката // Динамика и прочность машин: Республ. межвед. научн.-техн. сб. - Харьков, 1987. - Вып. 46. - С. 41 - 46. Здобувачем виконана постановка задачі дослідження, розробка фізичної моделі, аналіз і узагальнення результатів.

5. Сталинский Д.В., Акмен Р.Г., Кубрик Б.И. Математическая модель теплового состояния заготовки при абразивной зачистке // Известия ВУЗов. Черная металлургия. - 1987. - № 8. - С. 141 - 144. Здобувачем сформульована задача дослідження, розроблений алгоритм математичної моделі, виконаний аналіз і узагальнення результатів.

6. Сизый Ю.А., Сталинский Д.В., Савран Г.В. Повышение динамической устойчивости обдирочно-шлифовальных станков // Станки и инструмент. - 1989. - № 6. - С. 44 - 45. Здобувачем запропонована методологія підходу, критерії оцінки динамічних властивостей верстатів, виконаний аналіз і узагальнення результатів досліджень.

7. Сталинский Д.В., Аршавский В.З., Степанов В.А., Пацека И.Е. Разработка нового типажа обдирочно-шлифовальных станков // Сталь. - 1992. - № 7. - С. 54 - 58. Здобувачем запропонована методологія розробки типажу, розроблена його структура.

8. Сталинский Д.В., Аршавский В.З., Тришевский О.И. Перспективы совершенствования операций абразивной зачистки проката // Сталь. - 1992. - № 1. - С. 62 - 66. Здобувачем розроблені перспективні напрямки розвитку операцій абразивного зачищення проката.

9. Сталинский Д.В., Яровая Л.Г., Диденко Н.М., Калинин В.И., Бирман Г.А. Система автоматизированного проектирования технологических процессов обдирочного шлифования // Сталь. - 1994. - № 3. - С. 44 - 45. Здобувачем розробленні алгоритм, методологічне та інформаційне забезпечення системи, виконані аналіз і узагальнення результатів досліджень.

10. Сталинский Д.В., Яровая Л.Г., Ивченко Т.А. Влияние веществ - дегидротантов на степень завершенности реакции поликонденсации феноло-формальдегидного связующего // Химическая промышленность: Науч.-технич. сб. - Черкассы: НИИТЭХИМ, 1996. - Вып. 2. - С. 13 - 17. Здобувачем сформульована задача досліджень, запропонований підхід, виконаний аналіз і узагальнення результатів.

11. Сталинский Д.В., Яровая Л.Г., Ивченко Т.А. Использование кремнийорганических, полиамидных и фенольных смол в качестве связующего абразивного инструмента // Хими-ческая промышленность: Науч.-технич. сб. - Черкассы: НИИТЭХИМ, 1996. - Вып. 4. - С. 18 - 21. Здобувачем сформульована задача досліджень, запропонований підхід, виконаний аналіз і узагальнення результатів.

12. Сталинский Д.В. Управление тепловым состоянием металла при обдирочном шлифовании // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - 1999. - Вып. 47. - С. 65 - 72.

13. Сталинский Д.В., Крат В.И. Автоматизированный агрегат для удаления волнообразного износа с поверхности катания рельсов трамвайного пути // Вестник городского электрического транспорта России. - 1999. - № 4. - С. 15 - 17. Здобувачем розроблені оптимізований процес обробки, компонувальне і динамічне вирішення агрегату.

14. Сизий Ю.А., Сталінський Д.В. Моделювання та оптимізація верстатів пружної схеми шліфування // Машинознавство. - 2000. - № 8. - С. 31 - 36. Здобувачем запропонована методологія досліджень, розроблені динамічні та компоновані рішення верстатів, сформульовані висновки.

15. Сталинский Д.В. Технологическая надежность обдирочно-шлифовальных станков // Авиационно-космическая техника и технология: Труды Национального аэрокосмического университета им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”. - Харьков, - 2000. - С.236. - 244.

16. Сталинский Д.В. Обоснование критериев оценки качества металла при абразивной зачистке // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. - № 1. - С. 91 - 95.

17. Сталинский Д.В. Инженерные методы определения режимов высококачественной обработки при абразивной зачистке металлопродукции // Металл и литье Украины. - 2002. -№ 1 - 2. - С. 27 - 30.

18. Сталинский Д.В. Метод определения оптимальных режимов абразивной зачистки проката // Сталь. - 2002. - № 6. - С. 52 - 55.

19. Сталинский Д.В. Комплексная система автоматизированного проектирования технологических процессов обдирочного шлифования в металлургии // Металлургия: Сб. науч. тр. - Донецк: Донецкий государственный технический университет, 2002. - Вып. 40. - С. 180 - 187.

20. Сталинский Д.В. Оптимальное проектирование технологических процессов обдирочного шлифования // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2002. - № 5. - С. 84 - 87.

21. Сталинский Д.В. Динамика привода главного движения обдирочно-шлифовального станка // Вестник машиностроения. - 2003. - № 3. - С. 42 - 46.

22. Пат. 43962 Украина, МКИ⁷В29С43/02, В30В11/06. Установка силовой бакелизации / Д.В. Сталинский, Л.Г. Яровая, Г.П. Большов, М.А. Вергелес, В.И. Кулич, В.Ф. Макаровский, В.И. Гранкин, А.С. Гранкин (Украина); УкрГНТЦ “Энергосталь”. - №2000052713; Заяв. 12.05.2000; Опубл. 15.06.2004, Бюл. № 6. - 4 с.: ил. Здобувач запропонував виконати уста-новку односекційною, оснастити нагрівальну камеру столом и ковпаком, обладнати у вертикальній стінці термопару, термоізолювати всі поверхні.

23. Пат. 43946 Украина, МКИ⁷В24Д20. Масса для изготовления абразивного инструмента / Д.В. Сталинский, Л.Г. Яровая, М.А. Вергелес, В.Ф. Макаровский, Т.А. Ивчен-ко, А.Ю. Пирогов, П.В. Романченко, В.И. Гранкин (Украина); УкрГНТЦ “Энергосталь”. - №2000010015; Заяв. 04.01.2000; Опубл. 15.01.2004, Бюл. № 1. - 3 с.: ил. Здобувач запропонував включити до складу зволожувача розчин феноло-формальдегідної смоли в насиченому одноатомному спирті, співвідношення компонентів маси і зволожувача.

24. Пат. 49525 Украина, МКИ⁷В22С5/04. Агрегат для приготовления формовочной массы / Д.В. Сталинский, В.И. Куклич, А.Ю. Пирогов, Г.П. Большов, П.П. Нога, А.С. Гранкин, В.Ф. Макаровский, Л.Г. Яровая, В.И. Гранкин (Украина); УкрГНТЦ “Энергосталь”. - №2001128838; Заяв. 20.12.2001; Опубл. 15.09.2004, Бюл. № 9. - 3 с.: ил. Здобувач запропонував оснастити агрегат бункерами, кареткою з ваговимірювальним приладом, розмістити завантажувальні та розвантажувальні прорізи на одній лінії.

25. Пат. 43613 Украина, МКИ⁷В28С5/18, В01F15/00. Установка для приготовления смесей / Д.В. Сталинский, В.И. Куклич, М.А. Вергелес, Г.П. Большов, А.Ю. Пирогов, П.П. Нога, А.С. Гранкин (Украина); УкрГНТЦ “Энергосталь”. - №2001042355; Заяв. 09.04.2001; Опубл. 15.07.2004, Бюл. № 7. - 4 с.: ил. Здобувач запропонував виконати поворотний стіл переміщувальним у вертикальній площині, зв'язати гнучкими зв'язками з механізмом очистки і мішалкою, оснастити ємність лопастями з регламентованими кутами установки.

26. А. с. 1618586 СССР, МКИ⁵В24В1/00, В24В27/03. Способ абразивной обработки / Д.В. Сталинский, Л.Г. Яровая, Г.В. Савран, И.Е. Пацека, Ю.В. Савран (СССР); УкрНИИМет. - №4456975; Заяв. 19.07.1988; Опубл. 07.01.1991, Бюл. № 1. - 3 с. Здобувач запропонував підтримувати постійним відношення зусилля шліфування до знімання металу при чистовій і чорновій обробці, розрахункову формулу.

27. А. с. 1793622 СССР, МКИ⁵В24В1/00, В24В27/033. Способ определения оптимальных режимов шлифования / Д.К. Нестеров, Д.В. Сталинский, Г.В. Савран, Л.Г. Яровая, И.Е. Пацека, Ю.В. Савран, Г.И. Ильиных, Ф.Ф. Лоренц (СССР); УкрНИИМет, Металлургический з-д им. А.К. Серова. - № 4766587; Заяв. 05.12.1989; не публ. (лиценз. темат.). - 4 с.: ил. Здобувач запропонував як вихідний параметр зусилля притискання круга, зміну зусилля при постійній швидкості подачі, визначення коефіцієнта ефективності шліфування, розрахункову формулу.

28. Пат. 1520770 Российская Федерация, МКИ⁴В24В1/00. Способ обдирочного шлифования / Д.В. Сталинский, Л.Г. Яровая, В.З. Аршавский, И.Е. Пацека, Г.В. Савран, Ю.В. Савран (Украина); УкрНИИМет; Заяв. 20.04.1987; Опубл. 27.10.1995, Бюл. № 38. - 3 с.: ил. Збобувач запропонував формулу для визначення швидкості осьового переміщення заготовки, що запобігає виникненню шліфувальних тріщин.

Размещено на Allbest.ru