Технологическое обеспечение качества поверхности при центробежной объемной обработке пустотелых деталей из труднообрабатываемых материалов
В связи с этим актуальной является задача математического описания и моделирования контактного взаимодействия абразивных частиц с пустотелыми тонкостенными деталями для управления процессом формирования неровностей на обрабатываемых поверхностях деталей из вязких труднообрабатываемых материалов путем назначения оптимальных режимов и условий центробежной обработки в контейнерах с планетарным… Читать ещё >
Содержание
- Основные сокращения и условные обозначения, принятые в работе
- 1. Аналитический обзор абразивной обработки деталей из труднообрабатываемых материалов. Цель и задачи исследования
- 1. 1. Особенности формообразования деталей из труднообрабатываемых сталей и титановых сплавов
- 1. 2. Формирование рельефа поверхности гранулированными абразивными средами при объемной обработке
- 1. 3. Методы имитационного моделирования для определения характеристик взаимодействия рабочих тел с обрабатываемой поверхностью в контейнерах с планетарным вращением
- Выводы, цель и задачи исследования
- 2. Теоретическое исследование объемной обработки пустотелых деталей из труднообрабатываемых материалов в контейнерах с планетарным вращением
- 2. 1. Сущность нового способа обработки
- 2. 2. Определение геометрических параметров сегмента уплотненной рабочей загрузки при обработке пустотелых деталей
- 2. 3. Динамические характеристики пустотелой детали при движении в скользящем слое уплотненной загрузки
- 2. 4. Формирование шероховатости на тонкостенных поверхностях пустотелых деталей из труднообрабатываемых материалов при объемной обработке
- 2. 4. 1. Определение параметров следа единичного контакта гранулы с поверхностью детали
- 2. 4. 2. Исследования деформаций тонкостенных деталей при обработке
- 3. 1. Методика экспериментальных исследований и технологическое оборудование
- 3. 2. Влияние насыпной плотности пустотелых деталей на производительность обработки
- 3. 3. Исследование формирования шероховатости поверхности и производительности обработки пустотелых деталей из легированных сталей и титановых сплавов
- 3. 4. Исследование области оптимума
- 3. 5. Оценка качественных и точностных показателей обработанной поверхности
- 4. 1. Общая методика моделирования
- 4. 2. Определение граничных условий
- 4. 3. Схемы динамического взаимодействия гранул и детали
- 4. 4. Моделирование взаимодействия гранул с поверхностью пустотелой детали
- 4. 4. 1. Допущения, принятые при моделировании
- 4. 4. 2. Назначение свойств материалов и типов конечных элементов. Разбиение моделей сеткой конечных элементов и их нагружение
- 4. 4. 3. Анализ результатов моделирования
- 4. 5. Моделирование микропрофиля поверхности детали при центробежной объемной обработке гранулированными абразивными средами
- 5. 1. Область применения нового способа центробежной обработки
- 5. 2. Технологическое оснащение для объемной обработки пустотелых деталей гранулированными абразивными средами
- 5. 3. Пример проектирования технологической операции обработки пустотелых деталей
- 5. 4. Технико-экономическая эффективность внедрения технологии центробежной объемной обработки пустотелых деталей
Технологическое обеспечение качества поверхности при центробежной объемной обработке пустотелых деталей из труднообрабатываемых материалов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Важными критериями конкурентоспособности любых изделий являются цена и качество, которые связаны с затратами на их производство. Снижение затрат достигается уменьшением себестоимости изготовления деталей, которая в значительной мере зависит от применяемых при обработке технологических методов и операций, особенно финишных.
Пустотелые детали небольших размеров часто являются базовыми для о изделий. К ним относятся корпуса разнообразных датчиков, электрических разъемов, светотехнической и санитарно-технической арматуры, детали игровых и бытовых устройств, мебельной фурнитуры. Подобные детали часто изготавливают методами пластического деформирования или литья. Для окончательной обработки или подготовки сложных по форме поверхностей к нанесению гальванических покрытий необходимо производить зачистку облоя и удаление дефектного поверхностного слоя. Эти операции являются трудоемкими и выполняются, как правило, с применением значительного объема ручного труда. Шлифование таких поверхностей в большинстве случаев является экономически нецелесообразным из-за сложной конфигурации обрабатываемых деталей. Поэтому для предприятий, изготовляющих штампованные малогабаритные корпуса различных датчиков, светильников или тонкостенные литые детали сантехнической арматуры, корпусные пустотелые детали пневмои гидроаппаратуры, важное значение имеет совершенствование отделочно-зачистной обработки (ОЗО) поверхностей сложной формы. Эффективной ОЗО является объемная обработка гранулированными абразивными средами в вибрирующих или вращающихся контейнерах. При этом детали и свободный шлифовальный материал помещают в камеру или контейнер, заливают технологическую жидкость и обеспечивают относительное перемещение частиц шлифовального материала и поверхностей деталей за счет вращения контейнера или осцилляций рабочей камеры. К методам объемной ОЗО, кроме галтовочных и вибрационных методов, относятся 9 также центробежно-ротационная и центробежно-планетарная обработка. При объемной обработке происходит абразивное диспергированием тонких поверхностных слоев материала детали.
Для отделочно-зачистной обработки пустотелых деталей сложной формы такие методы объемной обработки как галтовочная, вибрационная и центробежно-ротационная оказываются малоэффективными, поскольку из-за меньшей, чем у шлифовального материала средней плотности, детали всплывают на поверхность загрузки, что препятствует контакту гранулированной рабочей среды с обрабатываемыми поверхностями.
С повышением требований к качеству машиностроительной продукции расширяется область применения материалов с повышенными прочностными характеристиками. К таким материалам относятся жаропрочные стали, различные сложнолегированные стали и сплавы, а также титановые сплавы, механическая, в том числе объемная абразивная обработка которых представляет большие трудности и не позволяет получить стабильное качество поверхности. Основными причинами плохой обрабатываемости этих материалов является высокая пластичность и вязкость, а также склонность к упрочнению при деформировании.
Поэтому прогнозировать качественные параметры поверхности и интенсивность съема металла при объемной обработке деталей из подобных конструкционных материалов, основываясь на известных моделях, для различных способов объемной отделочно-зачистной обработки не представляется возможным. Управление параметрами шероховатости поверхности и интенсивностью съема металла при моделировании контактного взаимодействия абразивных зерен с рассматриваемыми материалами должно опираться на такие прочностные свойства деформируемого металла, как предел текучести, предел прочности и характеристики пластичности. В настоящее время не существует единого подхода к математическому описанию контактного взаимодействия абразивных гранул с поверхностями деталей. Известно применение для ю описания различных процессов метода конечных элементов, который позволяет использовать известные математические модели и пакеты прикладных программ ANSYS, DYNA 3D, Nastran, Mars для изучения сложных процессов контактного взаимодействия. Основным недостатком, присущим известным исследованиям, является упрощенный подход к описанию физико-механических свойств поверхностных слоев материалов, что приводит к значительным погрешностям при моделировании процесса формирования микрорельефа поверхности при невысоких давлениях и малых глубинах внедрения выступов абразивных частиц, а это затрудняет управление показателями качественных характеристик поверхности при отделочно-зачистной обработке.
Трудности моделирования связаны также с тем, что микрорезание металла абразивными гранулами при объемной обработке является сложным процессом, включающим трение, пластическое течение и разрушение металла в условиях, значительно отличающихся от условий как прочностных испытаний материалов, так и большинства других технологических процессов механической обработки лезвийными инструментами или шлифовальными кругами.
В связи с этим актуальной является задача математического описания и моделирования контактного взаимодействия абразивных частиц с пустотелыми тонкостенными деталями для управления процессом формирования неровностей на обрабатываемых поверхностях деталей из вязких труднообрабатываемых материалов путем назначения оптимальных режимов и условий центробежной обработки в контейнерах с планетарным вращением.
Целью диссертационной работы является определение эффективных режимов и условий объемной обработки гранулированными средами в контейнерах с планетарным вращением для обеспечения стабильного качества поверхностей пустотелых деталей из труднообрабатываемых материалов. и.
Объектом исследования является центробежная объемная обработка пустотелых тонкостенных деталей в контейнерах с планетарным вращением.
Предметом исследования являются взаимосвязи технологических режимов и условий центробежной обработки с качеством поверхности пустотелых тонкостенных деталей из труднообрабатываемых материалов, в частности легированных сталей и титановых сплавов.
Научная новизна.
1. Разработан способ центробежной объемной обработки пустотелых деталей, определены условия их погружения в скользящий слой шлифовального материала при движении рабочей загрузки, необходимые для эффективной обработки в различных гранулированных средах.
2. Разработаны модель каскадного движения загрузки и методика определения граничных условий интенсификации технологических режимов обработки пустотелых тонкостенных деталей для предотвращения недопустимых деформаций.
3. Получены экспериментальные модели съема металла и шероховатости поверхности от технологических параметров, позволяющие оптимизировать режимы объемной обработки пустотелых деталей из труднообрабатываемых материалов.
4. Разработана методика определения достижимой шероховатости поверхности пустотелых деталей из труднообрабатываемых материалов, учитывающая взаимосвязь технологических режимов обработки и физико-механических свойств поверхностного слоя.
На защиту выносятся.
1. Новый способ центробежной объемной обработки, обеспечивающий погружение пустотелых деталей в скользящий слой при каскадном режиме движения уплотненной загрузки.
2. Методика определения технологических параметров для интенсификации движения пустотелых деталей при отделочно-зачистной обработке.
3. Результаты теоретических исследований движения пустотелых деталей произвольной формы в скользящем слое рабочей загрузки при планетарном вращении контейнера.
4. Результаты экспериментальных исследований влияния технологических факторов на производительность отделочной обработки и качество поверхностей пустотелых деталей.
5. Методика и результаты моделирования процесса контактирования абразивных гранул с поверхностями деталей из труднообрабатываемых материалов для управления формированием показателей качества обработанных поверхностей.
6. Рекомендации по совершенствованию технологии отделочной обработки пустотелых деталей из труднообрабатываемых материалов в контейнерах с планетарным вращением.
15. Результаты работы внедрены в производство с годовым экономическим эффектом 188 тыс. руб.
Список литературы
- А. с. № 1 627 382 (СССР), М. кл. В24 В 31/104. Способ обработки деталей и устройство для его осуществления / А. Н. Мартынов, B.З.Зверовщиков, А. Е. Зверовщиков, А.Т.Манько- заявл. 3.10.1988- Опубл. в Б.И. № 6, 1991.
- А. с. № 992 172 (СССР) М. кл. В24 В 31/08 Способ абразивной центробежно-планетарной обработки деталей и устройство для его осуществления / И. Е. Бондаренко, С. И. Фишбейн, P.A. Подтеребков, Е. И. Фишбейн. Опубл. В Б.И. № 4, 1983.
- A.c. № 2 401 730, МПК В24 В 31/104 Способ центробежной абразивной обработки деталей Текст. / В. З. Зверовщиков, А. Е. Зверовщиков, C.А. Нестеров, Е. В. Зотов, Е.В. Юртаева- заявл. 6.03.2009. 15с.
- Авдонин, A.C. Прикладные методы расчета оболочек и тонкостенных конструкций Текст. / А.С.Авдонин- М.: Машиностроениение, 1969. — 404с.
- Андриевский, P.A. Наноструктурные материалы текст. / P.A. Андриевский, A.B. Рагуля- -М.: Академия, 2005. -192с.
- Арзамасов, Б.Н. Конструкционные материалы текст. / Под ред. Б.Н. Арзамасова- -М.: Машиностроение, 1990. -688с.
- Бабичев, А.П. Вибрационная обработка деталей Текст. / А.П. Бабичев- М.: Машиностроение, 1974. — 153с.
- Басов, К. А. ANS YS: справочник пользователя Текст. / К. А. Басов- М.: ДМК Пресс, 2005. — 640 с.
- Бенчаита, М.Т. Эрозия металлической пластины твердыми частицами в струе жидкости. Конструирование Текст. /М.Т. Бенчаита, П. Гриффит, Е. Рабинович- Труды Амер. Общ. Инж-мех., KMT, Т 105, № 3.-1983.-С. 156−164.
- Бескопыльный, А.Н. Определепие механических свойств конструкционных сталей ударным вдавливанием индентораТекст. / А. Н Бескопыльный- Надежность машин и технологического оборудования: тез.докл. междунар. н-т. конф. Ростов-на-Дону: ДГТУ, -1994. -С.36−37.
- Булычев, С.И. Испытание материалов непрерывным вдавливанием текст. / С. И. Булычев, В.П. Алехин- -М.: Машиностроение, 1990. -224с.
- Бушуев, Л.П. Геометрия зоны отрыва и эффект самофутеровки в планетарной центробежной мельнице Текст. / Л.П. Бушуев- Известия вузов. Машиностроение/ М.: Изд-во МВТУ им. Баумана, 1964. № 1 С. 6−25.
- Бушуев, Л.П. О движении загрузки в барабанах планетарной мельницы Текст. / Л.П. Бушуев- Известия АН СССР: Отд. техн. наук. Механика и машиностроение, 1961. № 1. С. 19.
- Василевский, A.C. Физика твердого тела. Текст.: учебное пособие /A.C. Василевский- 2010. -С 210.
- Виноградов, В.Н. Абразивное изнашивание текст. / В. Н. Виноградов, Т. М. Сорокин, М.Г. Колокольников- М.: Машиностроение, 1990. -224с.
- Виноградов, В. Н. Экспериментальные исследования реакции материала при ударе сферической частицы Текст. / В. Н. Виноградов, В. И. Бирюков, С.И.Назаров- Трение и износ. 1982, — Т3,№ 1- С.160−164.
- Гаркунов, Д.Н. Триботехника текст. / Д.Н. Гаркунов- -М.: Машиностроение, 1985. -424с.
- Головин, Ю.И. Введение в нанотехнику текст. / Ю.И. Головин- -М.: Машиностроение, 2007. -496с.
- Горячева, И.Г. Механика фрикционного взаимодействия текст. / И.Г. Горячева- -М.: Наука, 2001. -478с.
- ГОСТ 11 629–75. Пластмассы. Метод определения коэффициента трения текст. -Введ. 1977 -01−01. -М.: Изд-во стандартов, ИУС 12−86. 6с.
- ГОСТ 1497–84. Металлы. Метод испытаний на растяжение Текст. -Введ. 1986−01−01. -М.: Изд-во стандартов, ИСО 6892−84. 36с.
- ГОСТ 5632–72. Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные. Марки текст. -Введ. 1975−01−01. -ИУС№ 3. 1975. -38с.
- ГОСТ 9758–96. Заполнители пористые неорганические для строительных работ. Метод испытаний текст. -Введ. 1988 -01−01. -М.: Изд-во стандартов, ИУС 11−88. 33с.
- Григорович, В.К. Твердость и микротвердость металлов текст. / В.К. Григорович- -М.: Наука, 1976. -230с.
- Громаковский, Д.Г. Возможности склерометрии при комплексной оценке параметров долговечности опор скольжения текст. /Д.Г. Громаковский, P.M. Богомолов, И.Д. Ибатуллин- «Трение и смазка в машинах и механизмах», № 2, 2009. -с. 14−17.
- Гудков, A.A. Метод измерения твердости металлов и сплавов текст. / A.A. Гудков, Ю.И. Славский- -М.: Металлургия, 1982. -168с.
- Гуткин, М.Ю. Физическая механика деформируемых наноструктур текст. / М. Ю. Гуткин, И.А. Овидбко- -СПб: Янус. Т. 1, 2003. -194с.- Т.2, 2005.-352с.
- Джонсон, К. Механика контактного взаимодействия текст. / К. Джонсон- -М.: Мир. 1989. -510с.
- Дрозд, М.С. Определение механических свойств металла без разрушения текст. / М.С. Дрозд- -М.: Металлургия, 1965. -172С.
- Евсеев, Д.Г. Формирование свойств поверхностных слоев при абразивной обработке текст. / Д.Г. Евсеев- -Саратов: Изд-во Саратов, ун-та, 1975. -127с.
- Залога, В.А. К вопросу об экспериментальном определении коэффициента трения Текст. / В. А. Залога, Д. В. Криворучка, O.A. Залога- Сб. научных статей. Вып. 25. Краматорск: ДГМА, -2009. — С. 150−159.
- Зверовщиков, В.З. Динамические характеристики уплотненной массы рабочей загрузки при объемной центробежной обработке деталей текст. / В.З. Зверовщиков- Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки, № 1, 2007. -с. 140. 150.
- Зотов, Е. В. Новый способ объемной центробежно-планетарной обработки деталей / В. 3. Зверовщиков, Е. В. Зотов- Известия МГТУ «МАМИ». 2009. — № 2 (8). — С. 209−214.
- Ибатулин, И. Д. Разработка методик и средств склерометрической оценки активационных параметров разрушения поверхностных слоев текст. / И. Д. Ибатулин, Д. Г. Громаковский, Е.В. Барынкин- Вестник СГАУ, № 2 (10), Часть 2, -Самара: СГАУ, 2006. -с.210−216.
- Ибатулин, И.Д. Совершенствование кинетической модели усталостного изнашивания поверхностей трения текст. / И. Д. Ибатулин, Д. Г. Громаковский, А.Г. Ковшов- Вестник СГАУ, № 2 (10), часть 2, -Самара: СГАУ, 2006, -с.217−222.
- Калинин, Е.П. Определение толщин срезов металла абразивными зернами при различных схемах шлифования текст. / Е.П. Калинин- Изв. вузов. Машиностроение, 1992. -с. 140−145.
- Кащеев, В.Н. Абразивное разрушение твердых тел текст. / В.Н. Кащеев- -М.: Наука, 1970. -248с.
- Клименко, A.A. Совершенствование методики оптимизации вибрационной обработки на основе новой модели контактного взаимодействия текст. / A.A. Клименко- Автореф. дисс. к-та технических наук. -М: 2002. -31с.
- Колмогоров, B.JI. Феноменологическая модель накопления повреждений и разрушения при различных условиях нагружения Текст. / B. JI Колмогоров, Б. А. Мигачев, В.Г. Бурдуковский- Екатеринбург: УрО РАН, Институт Машиноведения, 1994. — 106 с.
- Королев, A.B. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке текст. / A.B. Королев- -Саратов: Изд-во Саратов. ун-та, 1975. -191с.
- Королев, A.B. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки текст. / A.B. Королев, Ю.К. Новоселов- -Саратов: Изд-во Саратов. ун-та, 1989. -320с.
- Крагельский, И.В. Основы расчетов на трении и износ текст. / И. В. Крагельский, М. Х. Добычин, B.C. Комбалов- -М.: Машиностроение, 1977. -526с.
- Кривоухов, В.А. Обрабатываемость резанием жаропрочных и титановых сплавов текст. / В.А. Кривоухов- -М.: Машиностроение, 1961. -267с.
- Кроха, В.А. Упрочнение материалов при холодной пластической деформации текст.: Справочник / В.А. Кроха- -М.: Машиностроение, 1980. -157с.
- Кулаков, Ю.М. Отделочно-зачистная обработка деталей текст. / В. А. Хрульков, Ю.М.Кулаков- -М.: Машиностроение, 1979. -216 с.
- Лавров, И.В. Некоторые результаты исследования геометрии частиц измельченных материалов текст. / И.В. Лавров- -М.: Абразивы, 1963. -С.514.
- Лебедев, A.A. Механические свойства конструкционных материалов при сложном напряженном состоянии текст.: Справочник / A.A. Лебедев, Б. И. Ковальчук, Ф. Ф. Гигиняк, В.П.Ламашевский- -Киев: Издательский дом «Ин Юре», 2003. -540с.
- Лукьянова, А.Н. Л 84 Моделирование контактного взаимодействия деталей Текст.: учеб. пособие / А.Н. Лукьянова-- Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2012. 86 е.: ил. 81.
- Марковец, М.П. Определение механических свойств металлов по твердости текст. / М.П. Марковец- -М.: Машиностроение, 1979. -191с.
- Мартынов, А.Н. Основы метода обработки деталей свободным абразивом, уплотненным инерционными силами Текст. / А.Н. Мартынов- -Саратов: Изд-во Саратов.гос. ун-та, 1981. 289 с
- Мартынов, А.Н. Финишная обработка деталей уплотненным потоком свободного абразивом текст. / А. Н. Мартынов, П.И. Ящерицын- -Минск: Наука и техника, 1978. 221с.
- Маслов, E.H. Теоретические основы процессов царапания металлов текст. / E.H. Маслов- Склерометрия. -М.: Наука, 1968. -С.24−44.
- Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодияэлектронный ресурс. / Компания «Кирилл и Мефодий «Режим доступа http://www.megabook.ru
- Нежебовский, В.В. классификация структур шероховатого слоя поверхностей деталей, формируемых при абразивной обработке текст. /В.В. Нежебовский- Захист металургійних машин від поломок: зб. наукових праць / ПДТУ. Маріуполь, 2009. — Вип. 11. — С. 256−263.
- Непомнящий, Е.А. О закономерностях образования микрорельефа поверхностей при обработке потоком абразивных частиц текст. / Е. А. Непомнящий, З. И. Кремень, М.Л. Массарский- Изв. вузов. -М.: Машиностроение, -1984. -№ 2. -с. 117−121.
- Непомнящий, Е.Ф. Трение и износ под воздействием струи твердых сферических частиц текст. / Е.Ф. Непомнящий- Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа. -М.: Наука, 1979. -с. 190−200.
- Осипов, А.П. К вопросу расчета сил при резании единичным абразивным зерном текст. / А.П. Осипов- Серия «Технические науки» -Самара: Вестник Самар. гос. техн. ун-т. 2004. — № 24. — с.144 -151.
- Петрухи, П.Г. Обработка резанием высокопрочных, коррозионностойких и жаропрочных сталей текст. / Под ред. П.Г. Петрухи- -М.: Машиностроение, 1980. -167с.
- Подураев, В.Н. Резание труднообрабатываемых материалов текст. / В.Н. Подураев- -М.: Высшая школа, 1964. -587с.
- Попов, B.C. Исследование изнашивания легированных сплавов. Автореф. дисс. д-ра технических наук. М. 1973. 41с.
- Прокопец, Г. А. Теоретико-вероятностный анализ формирования микрорельефа поверхности при ВиУО текст. / Г. А. Прокопец, А. П. Мул, Н.Т. Мишняков- Вопросы вибрационной технологии: Межвуз. сб. науч. тр. -Ростов на Дону, 1993. -с.27−36.
- Псахье, С.Г. Метод подвижных клеточных автоматов как новое направление дискретной вычислительной механики. Теоретическое описание текст. / С. Г. Псахье, Г. П. Остермайер, А. И. Дмитриев, Е. В. Шилько, А.Ю. Смолин- Физ. Мезомех, -2000. -Т.З. -№ 2. -с.5−13.
- Резников, А.Н. Теплофизика резания текст. / А.Н. Резников- -М.: Машиностроение, 1969. -287с.
- Резников, Н.И. Обработка резанием жаропрочных, высокопрочных и титановых сплавов текст. / Под ред. Н.И. Резникова- -М.: Машиностроение, 1972. -200с.
- Резников, Н.И. Производительная обработка нержавеющих и жаропрочных материалов текст. / Н. И. Резников, И. Г. Жарков и др- -М.: Машгаз, 1960. -200с.
- Рит, М. Наноконструирование в науке и техники. Введение в мир нанрасчета текст. / М. Рит- -м.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и стохастическая динамика», 2005. -160с.
- Романков, П.Г. Гидромеханические процессы химической технологии текст. / П. Г. Романков, М.И. Курочкина- -3-е изд., перераб.-Л.: Химия, 1982. -288с.
- Скрябин, В.А. Основы процесса субмикрорезания при обработке деталей незакрепленным абразивом текст./ В.А. Скрябин- Монография. -Пенза: Изд-во ПВАИУ, 1992. 120 с.