Наукові і технологічні основи формування різального рельєфу шліфувальних кругів з метою підвищення ефективності обробки

Проведені випробування алмазних відрізних кругів діаметром 315 мм із синтетичних полікристалів АРС3 (а.с. 1828800, 1602722) на операції різання брикетів фрикційних накладок показали, що напрацювання нового алмазного відрізного круга досягало 100...140 тис. штук накладок, що в 1,3...1,5 раза більше аналогічного показника серійних інструментів. Конструкція алмазного відрізного круга і технологія його виготовлення впроваджена на заводі азбестових технічних виробів (м. Біла Церква).

Алмазні інструменти з відкритою структурою та орієнтацією вершин упорядкованих різальних зерен по зовнішній поверхні робочого шару (а.с. 1814865, 1834167) пройшли промислові випробування і впроваджені на Виноградівській взуттєвій фабриці на операції шорсткування підошви взуття. Ефект від експлуатації таких інструментів досягається за рахунок підвищення продуктивності обробки, створення однорідності шорсткості поверхні і підвищення якості виготовлення продукції.

Впровадження результатів досліджень тривають.

За результатами досліджень у роботі наведено розрахунок технологічних параметрів процесу формування різального рельєфу абразивних кругів методом точіння для напівчистового і чистового шліфування.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ПО РОБОТІ

шліфування абразивний алмазний інструмент

Дисертаційна робота присвячена розв'язанню науково-практичної задачі розробки теоретико-технологічних основ формування різального рельєфу абразивних кругів методом точіння однокристальним алмазним інструментом на основі встановлених закономірностей керування крихким руйнуванням їх робочої поверхні, а також технологічних способів виготовлення алмазних кругів. У процесі досліджень зроблено наступні висновки:

1. На основі запропонованої моделі формування рельєфу робочої поверхні абразивних кругів з урахуванням динамічних особливостей руйнування абразивних зерен при ударному контактуванні з алмазним інструментом встановлено можливість прогнозування та регулювання заданої мікрогеометрії обробленої поверхні деталі шляхом спрямованого формування параметрів опорної поверхні кругів у режимах крихкого мікро- і макроруйнування.

2. Встановлені закономірності впливу динаміки процесу формування рельєфу на напружений стан системи "зерно - зв'язка" показали, що керування характером руйнування робочої поверхні абразивного круга можливо концентрацією ударного навантаження в межах абразивних зерен або передачею її до зв'язки круга. Найбільш розвинутого рельєфу на робочій поверхні абразивного круга можна досягти за умови передачі сили співударяння абразивного зерна і кристала алмаза менш міцній ланці - зв'язці. Це забезпечує мінімальну величину відносної опорної поверхні абразивного круга та рекомендується для чорнового шліфування, де основною вимогою є досягнення високої продуктивності зрізання припуску з поверхні заготовки, що, однак, не дозволяє досягти високої точності і низької шорсткості оброблюваної поверхні.

3. На основі аналітичних розрахунків і 3D-моделювання напружено-деформованого стану системи "зерно - зв'язка" з урахуванням основної динамічної характеристики - контактної міцності матеріалу абразивних зерен і встановлених закономірностей їх крихкого руйнування - обґрунтовано шляхи регулювання характеристик рельєфу робочої поверхні круга та його відносної опорної поверхні за рахунок спрямованої ударно = силової дії на систему "зерно - зв'язка" і керування переміщенням полюса руйнування по висоті абразивних зерен.

4. Встановлено, що критерієм мікроруйнування абразивних зерен є еквівалентні напруження на периферії поверхні контакту „кристал алмаза - абразивне зерно”, порогові значення яких пов'язані з границею міцності матеріалу зерна на розтяг. Критерієм макроруйнування абразивних зерен є максимальні нормальні напруження в полюсі руйнування, порогові значення яких пов'язані з контактною міцністю матеріалу зерна.

5. Аналітичним методом досліджено взаємозв'язок величини контактних напружень у системі "кристал алмаза - абразивне зерно" з технологічними умовами формування різального рельєфу абразивних кругів, що дозволило встановити діапазони поперечної подачі алмазного інструменту для керування ступенем мікроруйнування абразивних зерен і параметрами відносної опорної поверхні кругів на операціях напівчистового і чистового шліфування.

6. Визначено технологічні умови формування різального рельєфу абразивних кругів з урахуванням їх твердості і зернистості, а також геометричних параметрів кристала алмаза інструмента. Отримані закономірності дають можливість створити швидкий і стійкий налагоджувальний процес керування відносною опорною поверхнею різального рельєфу абразивних кругів за рахунок технологічних параметрів його формування. У цьому є також одна з основних передумов об'єднання напівчистового і чистового шліфування в одну технологічну операцію, що скорочує витрати на процес шліфування.

7. Аналітичним методом встановлено позитивний вплив режиму мікроруйнування зерен на формування різального рельєфу абразивних кругів, що сприяє зменшенню питомої опорної поверхні та радіуса при вершині зерен, а також на якісні показники оброблюваної поверхні при звичайному і швидкісному шліфуванні. Зменшення радіуса при вершині абразивного зерна, наприклад удвічі, сприяє зниженню пластичної деформації оброблюваної поверхні в 1,5ч1,2 раза та товщини пластично = деформованого шару в 1,8ч2 рази.

8. Встановлено, що збільшення швидкості абразивних кругів сприяє підвищенню періоду стійкості їх різального рельєфу та зниженню витрат, пов'язаних як зі шліфуванням, так і з формуванням рельєфу. Тому встановлено можливість обмеження зазора між шпинделем шліфувального верстата і посадочним отвором круга, що зменшує вібрації в технологічній системі та підвищує стійкість рельєфу круга і надійність процесу шліфування.

9. На основі проведених теоретичних і експериментальних досліджень, у тому числі лазерного сканування робочої поверхні кругів, підтверджено можливість керування опорною поверхнею абразивних кругів при формуванні їх різального рельєфу та запропоновано технологічні режими процесу і періодичності його виконання на операціях напівчистового і чистового шліфування. Встановлені режими при формуванні рельєфу абразивних кругів твердістю вище СМ2 та зернистістю 16…40 методом точіння однокристальним інструментом з розмірами кристала алмаза 0,2…1,0 мм.

10. Розроблено метод керування рельєфом та опорною поверхнею на етапі виготовлення одношарових алмазних кругів, конструкції і технологія їх виробництва для попереднього профілювання абразивних кругів. Розроблено конструкції алмазних кругів для обробки полімерних матеріалів. Застосування таких інструментів забезпечує підвищення продуктивності процесу шліфування в 1,2…1,9 раза, зменшення витрат в 1,5…2 рази, що сприяє зниженню собівартості виготовлення деталей.

11. Технологічні режими процесу формування рельєфу абразивних кругів, конструкції алмазних інструментів і технологія їх виробництва впроваджені у виробництво із загальним економічним ефектом 200 тис. грн., і в навчальний процес зі спеціальності 8.090202 Української академії друкарства.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шахбазов Я.О. Керування робочою поверхнею шліфувальних кругів. - Львів: Фенікс, 1998. - 136 с.

2. Виксман Е.С., Шахбазов Я.А., Антоник М.С., Гринев В.Ф. Инструменты для обработки и правки шлифовальных кругов // Станки и инструменты. - М., 1989. - N 6. - С. 38. Здобувачем розроблено конструктивні параметри робочого шару алмазного інструмента, досліджено шорсткість і точність обробки.

3. Виксман Е.С., Шахбазов Я.А., Антоник М.С., Глибовецкий Б.Е. Инструменты для профилирования шлифовальных кругов // Машиностроитель. - М., 1989. - N 5. - С. 37. Здобувачем розроблено технологію виготовлення алмазного інструменту і практичні рекомендації.

4. Виксман Е.С., Шахбазов Я.А., Антоник М.С. Инструменты из синтетических алмазов для обработки шлифовальных кругов // Сверхтвердые материалы. - К., 1990. - N 4. - С. 47-49. Здобувачем розроблено режимні параметри експлуатації алмазного інструменту, проаналізовано й узагальнено результати.

5. Морозов В.А., Шахбазов Я.А., Антоник М.С. Алмазные отрезные круги с программированным расположением зерен //Автомобильная промышленность. - М., 1992. - С. 25-26. Здобувачем розроблено метод і технологію формування рельєфу робочої поверхні відрізного круга.

6. Шахбазов Я.О. Фізичні параметри процесу руйнування абразивних зерен при правленні алмазним інструментом // Машинознавство. - Львів, 1997. - № 4. - С. 14-16.

7. Шахбазов Я.О. Динамічні переміщення в системі „абразивне зерно-зв'язка” абразивного шліфувального круга на керамічній зв'язці при правленні алмазним інструментом // Машинознавство. - Львів, 1998. - № 8. - С. 36-37.

8. Шахбазов Я.О. Обробка фрикційних гальмівних накладок транспортних засобів // Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів: Асоціація „Автобус” Мінпромполітики України. - Львів, 1998 . - № 1. - С. 110-111.

9. Шахбазов Я.О. Стійкість зв'язки абразивного шліфувального круга при правленні алмазним інструментом // Машинознавство. - Львів, 1998. - № 7. - С. 38-39.

10. Шахбазов Я.О., Морзов В.О., Ничкало В.С. Забезпечення точності та шорсткості при шліфуванні профільної поверхні фрикційних гальмівних накладок транспортних засобів // Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів: Асоціація „Автобус” Мінпромполітики України. - Львів. - 1999. - № 2. - С. 104-105. Здобувачем запропоновано конструкцію робочої поверхні алмазного круга, проведено промислові випробування.

11. Шахбазов Я.О., Ничкало В.С. Закономірності впливу пружних та пластичних деформацій на шорсткість шліфованої поверхні // Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів: Асоціація „Автобус” Мінпромполітики України. - Львів, 2000. - № 4. - С. 108-111. Здобувачем сформульовано задачу досліджень, проведено теоретичні дослідження.

12. Шахбазов Я.О., Ничкало В.С. Технологічне забезпечення процесу попереднього шліфування // Машинознавство. - Львів, 2000. - № 6/7. - С. 46-48. Здобувачем зроблено теоретичні обґрунтування щодо вибору режимів формування робочої поверхні абразивного круга.

13. Шахбазов Я.О., Ничкало В.С. Обробка деталей шліфуванням за параметром шорсткості обробленої поверхні // Укр. міжвідомчий наук.-техн. зб.: Автоматизація виробничих процесів у машинобудуванні та приладобудуванні. - Львів, 2000. - № 35. - С. 55-58. Здобувачем розроблено методологію досліджень, дано висновки і практичні рекомендації.

14. Шахбазов Я.О., Ничкало В.С. Технологічні можливості підвищення якості обробки валиків фарбового апарата // Наукові записки Української академії друкарства. - 2000. - № 2. - С. 6-7. Здобувачем проведено аналіз, дано висновки і практичні рекомендації.

15. Шахбазов Я.О. Технологічне забезпечення процесу швидкісного шліфування абразивними кругами // Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів: Асоціація „Автобус” Мінпромполітики України. - Львів, 2000. - № 3. - С. 116 - 118.

16. Шахбазов Я.О. Шліфування з правкою абразивного круга за параметром шорсткості шліфованої поверхні деталі // Вісн. Національного ун-ту "Львівська політехніка”: Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні. -Львів, 2000. - № 394. - С. 32 - 34.

17. Шахбазов Я.О. Технологічна спадковість утворення шорсткості при викінчувальному шліфуванні абразивними кругами // Вісн. Національного ун-ту "Львівська політехніка”: Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні. і приладобудуванні. - Львів, 2001.- № 422. - С. 42 - 45.

18. Шахбазов Я.О., Ничкало В. С., Чаплінський Д. О. Технологічні можливості підвищення швидкості шліфування абразивними кругами // Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів: Асоціація „Автобус” Мінпромполітики України. - Львів, 2001. - № 5. - С. 146 - 148. Здобувачем розроблено методологію підвищення розривної міцності абразивних кругів на керамічній зв'язці.

19. Шахбазов Я.О. Технологічні умови формування шорсткості обробленої поверхні при шліфуванні // Вісн. Національного ун-ту "Львівська політехніка”: Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні. - Львів, 2002. - № 442. - С. 74 - 77.

20. Шахбазов Я.О. Визначення величини пластичної деформації оброблюваної поверхні при шліфуванні // Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів: Асоціація „Автобус” Мінпромполітики України. - Львів, 2002. - № 6.- С. 178 - 181.

21. Шахбазов Я.О., Ничкало В. С., Чаплінський Д. О.Інструментальне забезпечення швидкісного шліфування // Машинознавство. - Львів, - 2002. - № 5. - С. 53 - 55. Здобувачем запропоновано методологію розробки конструкції швидкісних абразивних кругів.

22. Шахбазов Я.О. Закономірності утворення шорсткості обробленої поверхні у процесі шліфування абразивними кругами // Проектування, виробництво та експлуатація автотранспортних засобів і поїздів: Асоціація „Автобус” Мінпромполітики України. - Львів, 2003. - № 7. - С. 175 - 178.

23. Шахбазов Я.О. Визначення шорсткості обробленої поверхні при шліфуванні абразивними кругами // Вісн. Національного ун-ту „Львівська політехніка”: Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні. - Львів, 2003. - № 480. - С.132 - 136.

24. Шахбазов Я.О. Аналіз механізму спрямованого упорядкування робочої поверхні абразивних шліфувальних кругів з позиції забезпечення шорсткості шліфованої поверхні // Резание и инструмент в технологических системах. - Х.: НТУ „ХПІ”, 2004. - Вып. 66. - С. 223 - 228.

25. Шахбазов Я.О. Визначення товщини пластично - деформованого шару обробленої поверхні при шліфуванні // Високі технології в машинобудуванні. - Х.: НТУ „ХПІ”. - 2004. - № 1. - С. 189 - 193.

26. Шахбазов Я.О. Технологічні можливості зниження амплітуди коливань технологічної системи шліфування // Вісн. Національного ун-ту "Львівська політехніка”. Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні і приладобудуванні. - Львів, 2004. - № 515. - С. 51 - 54.

27. Чаплінський О.Д., Шахбазов Я.О., Чаплінський Д.О. Технологія класифікації тонкоподрібнених порошкових матеріалів з використанням енергії електростатичних полів // Машинознавство. - Львів, 2004. - № 2. - С. 52 - 54. Здобувачем запропоновано технологічні схеми класифікації абразивних матеріалів.

28. Шахбазов Я.О. Аналіз механізму утворення та прогнозування шорсткості обробленої поверхні деталей при круглому шліфуванні// Резание и инструмент в технологических системах. - Х.: НТУ „ХПІ”. -2005. - Вып. 69. - С. 365 - 372.

29. А.с. 1602722 СССР, МКИ В 24 D 5/00, 3/06. Абразивный інструмент /Я.А. Шахбазов, В.Ф. Гринев, М.М. Грона, В.Д. Алексанян. Опубл. 30.10.90. - Бюл. N 40. - 1990. - 4 с. Здобувачем запропоновано склад зв'язки алмазного інструменту.

30. А.с. 1814865 СССР, МКИ А 43 D 37/00. Инструмент для взьерошивания и шлифования деталей обуви /Я.А. Шахбазов, В.Ф. Гринев, М.М. Грона, В.Н. Деври, Ю.Л. Полищук. Опуб. 15.05.93. - Бюл. N 18. - 1992. - 2 с. Здобувачем розроблено конструкцію інструменту та технологію формування робочого шару.

31. А.с. 1828800 СССР, МКИ В 24 D 5/10. Алмазный отрезной круг /В.Ф. Гринев, М.М. Грона, Б.Д. Матвеев, И.О. Стыранкевич, Я.А. Шахбазов. Опубл. 23.07.93. - Бюл. N 27. - 1992. - 2 с. Здобувачем розроблено конструктивні параметри робочого шару інструменту.

32. А.с. 1834167 СССР, МКИ В 24 D 17/00. Способ изготовления абразивного інструмента /Я.А. Шахбазов, В.Ф. Гринев, М.М. Грона. - 1992. - 3 с. Здобувачем запропоновано склад зв'язок ы послідовність їх нанесення на робочу поверхню алмазного інструменту.

33. Шахбазов Я.А., Гринев В.Ф., Грона М.М., Матвеев Б.Д. Инструменты из СТМ и ресурсосбережение при обработке низкоабразивных материалов //Сверхтвердые материалы и инструменты в ресурсосберегающих технологіях: Тезисы докл. Респуб. науч.-техн. конф.- К., 1989. - С. 38 - 40. Здобувачем виконано теоретичне обґрунтування вибору параметрів робочого шару інструменту, проведено випробування.

34. Шахбазов Я., Жук М., Гриньов В. Основи керування процесом шліфування // Тези допов. 3-го мiжнар. симпоз. укр. інж - мех. - Львiв, 1997. - С. 125 - 126. Здобувачем розроблено методологію призначення технологічних параметрів процесу шліфування.

35. Шахбазов Я.О., Ничкало В. С., Чаплінський Д. О. Інструментальне забезпечення швидкісного шліфування // Тези допов. 5-го міжнар.симп. укр. інж.-мех. - Львів, 2001. - С. 91 - 92. Здобувачем запропоновано методологію розробки конструкції швидкісних абразивних кругів.

36. Шахбазов Я.О. Керування процесом шліфування з позиції забезпечення шорсткості обробленої поверхні // Тези допов. МНТК “Динаміка наукових досліджень 2004”. - Дніпропетровськ: Наука і світ, 2004. - Т. 62. - С. 52 - 53.

37. Шахбазов Я.О. Аналіз механізму утворення та прогнозування шорсткості обробленої поверхні деталей при круглому шліфуванні// Тези доп. XIV між. наук.техн. семінару „Высокие технологии - тенденции развития”. Х. - Алушта: НТУ „ХПИ”. - 2005. - С. 142.

АНОТАЦІЇ

Шахбазов Я.А. Наукові і технологічні основи формування різального рельєфу шліфувальних кругів з метою підвищення ефективності обробки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук із спеціальності 05.03.01 - процеси механічної обробки, верстати та інструменти. Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”. -Харків, 2007.

Дисертація містить теоретичні й експериментальні дослідження з розробки наукових і технологічних основ формування різального рельєфу абразивних і алмазних шліфувальних кругів. Виявлено позитивний ефект впливу процесу мікроруйнування та макороруйнування абразивних зерен на параметри відносної опорної поверхні абразивного круга та, відповідно, на якість обробки чистового і продуктивність чорнового шліфування.

Встановлено доцільність керування рельєфом робочої поверхні на етапі проектування й виготовлення алмазних інструментів для попереднього профілювання абразивних кругів і шліфування полімерних матеріалів, що дозволяє стабілізувати параметри їх опорної поверхні, підвищити продуктивність обробки та надійність роботи інструмента.

Реалізація розроблених технічних рішень і рекомендацій для практичного застосування дозволяє підвищити ефективність процесу шліфування при обробці матеріалів з різними фізико - механічними властивостями.

Ключові слова: процес шліфування, процес формування рельєфу, абразивний круг, питома відносна опорна поверхня, алмазний інструмент, крихке руйнування, 3D-моделювання, лазерне сканування.

Шахбазов Я.А. Научные и технологические основы формирования режущего рельефа шлифовальных кругов с целью повышения эффективности обработки.- Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.03.01 - процессы механической обработки, станки и инструменты. Национальный технический университет “Харьковский политехнический институт”. - Харьков, 2007.

Диссертация содержит теоретические и экспериментальные исследова-ния по разработке научных и технологических основ формирования режущего рельефа абразивных и алмазных шлифовальных кругов. На основе представления процесса в виде ударной контактной системы „кристалл ал-маза - абразивное зерно - связка ”, с учетом контактной прочности абразив-ного зерна, исследованы особенности хрупкого разрушения рабочей поверх-ности абразивных кругов на керамической связке и их влияние на относи-тельную опорную поверхность, что определяет качество и производитель-ность процесса шлифования. На основе выявленных в результате теоретиче-

ских исследований особенностей ударного разрушения, с применением основных положений контактно-волновой теории удара, установлены законномерности смещения связки абразивного круга в процессе формирования его режущего рельефа алмазным инструментом.

В соответствии с предложенной концепцией проектирования оптимальных параметров ударного взаимодействия системы „кристалл алмаза - абразивное зерно” разработаны теоретические основы процесса и впервые установлены технологические условия микро- и макроразрушения абразивных зерен, что определяет величину относительной опорной поверхности и степень развитости рельефа рабочей поверхности абразивного круга и пригодность его на разные операции шлифования.

Выявлен положительный эффект воздействия рельефа рабочей поверхности абразивного круга, сформированного в режиме микроразрушения абразивных зерен и повышения скорости шлифования, на качественные параметры обработанной поверхности заготовки.

Установлена целесообразность управления рельефом рабочей поверхности и, соответственно, относительной опорной поверхностью на этапе проектирования и изготовления алмазных инструментов для шлифования полимерных материалов, что позволяет стабилизировать выходные параметры процесса шлифования и повысить надежность роботы инструмента.

Ключевые слова: процесс шлифования, процесс формирования рельефа, абразивный круг, удельная относительная опорная поверхность, алмазный инструмент, хрупкое разрушение, 3D-моделирование, лазерное сканирование.

Shakhbazov Ja.A. Scientific and technological bases of cutting relief forming of grinding wheels with the purpose to increase of treatment efficiency. - Manuscript.

The thesis for obtaining a scientific degree of Doctor of Technical Sciences, specialization 05.03.01 - machining processes, equipment and tools. - National Technical University “Kharkov Polytechnical Institute”. Kharkov, 2007.

The thesis contains theoretical and experimental researches in the field of development of scientific bases of polishing efficiency increasement by the management of grinding wheels' working surface relief in the process of exploitation and multiplying of polishing speed by application of new constructions of speedy wheels. On the basis of presentation of process as a shock contact system „diamond crystal - an abrasive grain - a copula”, taking into account contact durability of abrasive grain, the features of fragile destruction of working surface of abrasive circles on a ceramic copula and their influence are tested on the relief relative supporting surface, that determines quality and productivity of polishing process.

There was found out the positive effect of influence of abrasive circle working surface relief, formed in the mode of micro-destruction of abrasives' grains at the wheel correction by a diamond tool by the method of sharpening and increasement polishing speed, on the quality parameters of the treated surface of the tool.

Expedience of working surface relief management is set on the stage of planning and making of diamond instruments, intended for polishing of polymeric materials, that allows to stabilize the initial parameters of polishing process and to promote reliability of instrument's work.

Keywords: grinding process, process of relief forming, abrasive wheel, specific relative supporting surface, diamond tool, fragile destruction, 3D-modelling, laser scanning.

Размещено на Allbest.ru