Оптимизация процесса обработки деталей периферией плоского лепесткового круга

Развитие прогрессивных методов формообразования, разработка новых труднообрабатываемых конструкционных материалов, резкое повышение требований к качеству, надежности и долговечности машин и механизмов, зависящих от точности размеров, формы и шероховатости поверхностей, -основные предпосылки увеличения удельного веса абразивной обработки, внедрение прогрессивных технологических процессов шлифования и создания новых видов эластичного абразивного инструмента [58].

Одним из перспективных видов эластичных абразивных инструментов являются лепестковые круги, состоящие из ступицы и радиально закрепленных лепестков из какого-либо шлифовального материала. В нашей стране с 1973 года их стало выпускать Челябинское абразивное производственное объединение. Лепестковые круги используют при работе на всех видах шлифовальных станков, а также при работе вручную. При полировании ими заготовок из стали, чугуна и сплавов цветных металлов достигается параметр шероховатости поверхности Ra = 0,63 — 0,04 мкм [9].

Использование этого инструмента позволяет существенно снизить затраты на инструмент, повысить производительность и качество обработанной поверхности.

Однако эти инструменты обладают некоторыми особенностями, без знания которых нельзя добиться высокой эффективности применения их в производстве. Внедрение процессов финишной обработки связано с необходимостью в каждом конкретном случае определять оптимальные условия процесса обработки (конструкция инструмента, характеристика шлифовальной шкурки, режимы обработки).

Для изготовления лепестков применяются гибкие абразивные материалы, в том числе изготовленные специально для производства лепестковых кругов. Зернистость и вид абразивного материала подбираются в зависимости от объекта обработки, обрабатываемого материала, требуемого параметра шероховатости поверхности и от производительности.

Лепестковые круги устанавливаются на автоматах, универсальных станках, ручном пневмои электроинструменте.

В отличие от шлифшкурки, лент и другого инструмента из нее, круги не засаливаются, обеспечивая стабильную шероховатость обработанной поверхности и экономию применяемой в кругах шлифшкурки.

Расход шлифшкурки в круге почти в 3 раза меньше, чем при обработке шлифовальной шкуркой вручную. В тех случаях, когда альтернативна обработка лентой из шлифшкурки и обработка лепестковым кругом, использование последнего предпочтительней. Это объясняется тем, что изменение режущих свойств лент во времени приводит к получению нестабильных параметров шероховатости поверхности. Особенно актуальна замена лепестковыми кругами широко распространенных войлочных кругов с нанесенным на них шлифовальным порошком. При этом отпадает необходимость останавливать станок на частую замену войлочного круга, стабилизируется качество обработки и улучшаются экологические условия на производстве [23].

Применение лепестковых кругов эффективно во всех типах производства — от единичного до массового.

Лепестковые круги используются при обработке изделий из металла, пластмассы, древесины, стекла, керамики. <�•.

Ими можно вести обработку по лаку, краске, гальваническим покрытиям.

В металлообработке лепестковые круги используются при: -шлифовании и полировании, -отделке поверхностей под пайку (сварку), -зачистке сварных швов,.

— удалении окалины, ржавчины, старой краски [9].

Круги применяются при обработке гранита, мрамора и других камней, при зачистке мест склейки деталей из резины и других материалов.

Лепестковыми кругами успешно полируются до блеска металлические поверхности.

Широкое применение круги находят в строительстве и ремонтных работах. На Брянском автомобильном заводе лепестковые круги используются более 15 лет. Их применяют для полирования шеек валов [9]. В металлургической промышленности — это обработка листового проката. В производстве емкостей — зачистка сварных швов. В электротехническом производстве — зачистка контактов и мест пайки. Обработке лепестковыми кругами подвергаются поверхности практически любой формы.

На основании изложенного можно констатировать, что исследование и оптимизация обработки лепестковыми кругами актуальны для многих обрабатывающих отраслей и в первую очередь для машиностроения и приборостроения.

В настоящей работе автор защищает:

1. Результаты исследования микрорельефа лепестка из шлифовальной шкурки.

2. Математическую модель процесса резания периферией плоского лепесткового круга.

3. Методику расчета съема материала с обрабатываемой поверхностью на основе использования разработанной математической модели.

4. Методику расчета достижимой шероховатости, полученную по экспериментальным данным.

4. Систему оптимизации параметров обработки лепестковыми кругами.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Решена важная для обрабатывающей промышленности задача по оптимизации процесса обработки деталей лепестковыми кругами, имеющая народнохозяйственное значение.

Разработанная математическая модель процесса резания при обработке деталей периферией плоского лепесткового круга дает возможность рассчитывать съем материала и достижимую шероховатость в зависимости от исходной на заготовке и требуемой по чертежу детали. Принятие профилограммы в качестве реализации случайного процесса при математическом описании микрорельефа режущей поверхности и разработанной методики ее исследования являются обоснованными. В результате режущий микрорельеф, представленный в виде случайной функции, вошел составной частью в математическую модель взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхностью.

4. Предложенная схема воздействия лепестка на обрабатываемый материал подтверждена экспериментально. Расчет по этой схеме математического ожидания средней глубины внедрения зерен и их количества в зависимости от характеристик микрорельефа шкурки (т, п (0) и а) явился основой для определения интенсивности съема материала.

5. Результаты теоретического исследования сил взаимодействия круга с обрабатываемой поверхностью являются достоверными. Это подтверждено расчетом по разработанной программе «FORS» на ЭВМ и экспериментальными данными, полученными на специально созданном приспособлении с использование компьютерных технологий.

6. Разработанная математическая модель съема материала соответствует процессу обработки лепестковым кругом, что подтверждено экспериментальными данными.

7. Интенсивность съема материала зависит от объема материала, удаляемого в виде стружки и объема пластически деформированного материала при воздействии зерен на обрабатываемую поверхность, от циклической прочности материала при малоцикловой усталости, от количества лепестков, находящихся в контакте, частоты вращения круга и продолжительности обработки.

8. На основе экспериментальных данных получено уравнение достижимой шероховатости в зависимости от скорости резания, деформации круга и его зернистости, длины лепестка, которое является ограничительной функцией при оптимизации процесса.

9. Выбор в качестве критерия оптимизации целевой экономической функции (ЦЭФ) является обоснованным, поскольку в этом случае решается вопрос эффективности производственного процесса.

Ю.Разработанная система оптимизации по производительности процесса, с ограничительной функцией по достижимой шероховатости и с использованием программы «OPTIM LK» на ЭВМ позволяет выбрать экономически выгодные режимы обработки с учетом имеющегося на предприятии технологического оборудования. 11. Разработанные технологические рекомендации приняты к внедрению на ИАЗ — ОАО «Корпорации «ИРКУТ», ПКТЦ ОАО «ПО ИЗТМ», ЗАО «ЭНЕРПРЕД» и ЗАО «ПРОФСТАЛЬ».