Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
Митрофанов Артм Петрович
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИФОВАНИЯ ПУТЁМ ИМПРЕГНИРОВАНИЯ АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА ВЕЩЕСТВАМИ ИЗ КЛАССА ПОРОФОРОВ
05.02.07 - Технология и оборудование механической и физико-технической обработки
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Волгоград - 2012
Работа выполнена на кафедре Технология и оборудование машиностроительных производств Волжского политехнического института (филиала) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет Научный руководитель доктор технических наук, профессор Владимир Андреевич Носенко.
Официальные оппоненты: Киселев Евгений Степанович доктор технических наук, профессор, Ульяновский государственный технический университет, профессор кафедры Технология машиностроения;
Полянчиков Юрий Николаевич, доктор технических наук, профессор, Волгоградский государственный технический университет, заведующий кафедрой Технология машиностроения.
Ведущая организация ФГБОУ ВПО Ивановский государственный университет.
Защита диссертации состоится л 17 мая 2012 г., в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.06 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400005, г. Волгоград, проспект им. В.И. Ленина, д. 28, ауд. 209.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.
Автореферат разослан л апреля 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Быков Юрий Михайлович
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность.
Все более широкое распространение на предприятиях машиностроительного профиля получает шлифование труднообрабатываемых и высоколегированных сталей, к качеству обработки которых предъявляются высокие требования. Эффективность шлифования и, в частности, качество обработанной поверхности во многом зависит от применяемого абразивного инструмента.
Одним из наиболее перспективных и доступных методов совершенствования абразивного инструмента является импрегнирование его специальными составами. Воздействуя на процесс шлифования сразу по нескольким направлениям, импрегнирование абразивного инструмента снижает силы резания и расход инструмента, повышает качество обработанной поверхности.
Вещества, осаждаемые в порах круга, находятся в основном в твердом или пастообразном состоянии. Под действием температуры шлифования некоторые из них переходят в жидкое или газообразное состояние. Эффективность воздействия импрегнатора зависит от интенсивности распада веществ на радикалы, скорости их перемещения к ювенильной поверхности металла, проникающей способности и активности взаимодействия с обрабатываемым материалом и др.
В этой связи представляет научную и практическую значимость использование импрегнаторов, способных выделять при температуре обработки большое количество газообразных продуктов. В качестве импрегнаторов, в частности, можно использовать порофоры - наиболее распространнные газообразователи.
Тем не менее, этот вопрос при шлифовании импрегнированными абразивными инструментами исследован недостаточно.
Цель и задачи исследования.
Целью работы является повышение эффективности шлифования с использованием в качестве импрегнаторов абразивного инструмента веществ из класса порофоров.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Подобрать вещества из класса порофоров для импрегнирования абразивного инструмента;
2. Исследовать физико-химические превращения порофоров в зависимости от температуры;
3. Разработать химическую модель взаимодействия газовых компонентов при термическом разложении импрегнаторов с обрабатываемым металлом;
4. Разработать составы для пропитки абразивного инструмента с использованием веществ из класса порофоров и экспериментально подтвердить их разложение в процессе шлифования;
5. Исследовать влияние импрегнирования абразивного инструмента разработанными составами на показатели процесса шлифования;
6. Апробировать результаты исследований в производстве.
Научная новизна.
1. Доказана возможность применения в качестве импрегнаторов абразивного инструмента веществ, принадлежащих к группе органических газообразователей (порофоры).
2. Разработана феноменологическая модель химического взаимодействия газовых продуктов разложения предложенных импрегнаторов при их термической диссоциации с обрабатываемым металлом.
3. С использованием газового анализа доказано, что выделение газообразных продуктов разложения порофоров наблюдается на протяжении всего периода шлифования.
4. Эффективность применения разработанных составов возрастает с увеличением глубины шлифования.
Практическая значимость.
1. Разработаны новые составы для пропитки абразивного инструмента с использованием порофоров ADC и OBSH (патенты РФ №2440886, №2443538) и методика импрегнирования абразивного инструмента.
2. Применение абразивного инструмента на операции предварительного шлифования колец подшипников обеспечивает сокращение расхода абразивного инструмента в 1,75 раз, снижение шероховатости поверхности и непостоянства диаметра кольца соответственно на 15 и 30 %.
3. Результаты работы используется в научно-исследовательских работах, выполняемых на кафедре, и в учебном процессе.
Соответствие паспорту специальности.
Содержание диссертации соответствует следующим областям исследования, указанным в паспорте специальности 05.02.07 - технология и оборудование механической и физико-технической обработки: п.2 Теоретические основы, моделирование и методы экспериментального исследования процессов механической и физико-технической обработки, включая процессы комбинированной обработки с наложением различных физических и химических воздействий; п.4. Создание, включая проектирование, расчеты и оптимизацию, параметров инструмента и других компонентов оборудования, обеспечивающих технически и экономически эффективные процессы обработки.
Данная работа является итогом научных исследований, выполненных на кафедре Технология и оборудование машиностроительных производств Волжского политехнического института (филиала) ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный технический университет в соответствии с бюджетной темой 13/02-Б-11 и грантом от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Апробация работы.
Основные положения работы докладывались: VIII,VIIII,X научнопрактических конференциях ВПИ (филиал) ВолгГТУ, 2009, 2010, 2011 г.; V,VI Всероссийских конференциях Инновационные технологии в обучении и производстве г. Камышин Волгоградской обл. 2008, 2009 г.; III международной научно-практической конференции л Молодежь и наука XXI века г. Ульяновск, 2010 г.; XVIII международной научно-технической конференции Ма шиностроение и техносфера XXI века г. Севастополь, Украина, 2011 г.; XIV международной научно-технической конференции Технология - 2011 г.
Орел, 2011 г. ; на Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ ЭВРИКА-2011 проходившем в г. Новочеркасске (диплом III степени).
Работа является победителем регионального конкурса молодежных инновационных научно-технических проектов по программе л У.М.Н.И.К. - 2010.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе: 4 статьи в научных журналах, входящий в список изданий, рекомендуемых ВАК; получено 2 патента на изобретение РФ; 2 программы для ЭВМ, зарегистрированные в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам.
Структура и объм диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка литературы, включающего в себя 121 наименования, 5 приложений.
Общий объем диссертации 112 с., 28 рисунков, 7 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, дается общая характеристика работы, сформулированы основные проблемы повышения эффективности шлифования импрегнированным инструментом, показаны особенности воздействия газовых сред на процесс шлифования.
В первой главе рассматривается состояние исследований в области применения импрегнированного абразивного инструмента, разработки пропитывающих составов, их влияния на процесс шлифования.
Из анализа работ Перцова Н.В., Щукина Е.Д., Худобина Л.В., Островского В.И., Латышева Н.В., Якимова А.В., Цокура А.К., Чиркова Г.В., Татаркина Е.Ю., Майниковой Н.Ф. Наумова А.Г., Davida A. Sheldona и др. следует, что импрегнирование абразивного инструмента является доступным и результативным средством повышения эффективности шлифования различных материалов.
Приведена классификация импрегнаторов. Показано, что импрегнаторы оказывают непосредственное (контактное) и косвенное (через изменение свойств инструмента) влияния на процесс шлифования. В процессе контактного взаимодействия в результате повышения температуры твердые импрегнаторы могут изменять фазовое состояние, превращаясь в жидкость и/или газ. Газовая фаза отличается высокой подвижностью и проникающей способностью. Отмечено положительное влияние некоторых газовых сред на показатели процесса резания.
Исходя из этого, выдвинута научная гипотеза о целесообразности использования в качестве импрегнаторов специальных веществ, которые при температурах контактного взаимодействия способны разлагаться с выделением большого количества газов. К числу таких веществ относятся, например, порофоры.
Тем не менее, данный вопрос при шлифовании импрегнированным инструментом исследован недостаточно и в классификации импрегнаторов группа газообразователей не обозначена.
На основе сделанного литературного анализа сформулирована цель работы и основные задачи исследования.
Вторая глава посвящена описанию методической части работы.
Эксплуатационные свойства импрегнированного абразивного инструмента определяли при плоском врезном шлифовании на испытательном стенде, разработанном на базе станка мод. 3Г71. Типоразмер и характеристика базового абразивного инструмента 1 2001676 25АF60K7V. В качестве основного обрабатываемого материала приняты сталь ШХ15 и сталь 12Х18Н10Т.
В процессе исследований и производственных испытаний контролировали: шероховатость обработанной поверхности (приборы СЕЙТРОНИК ПШ8-С. С. и SURTRONIC); износ абразивного инструмента (индикатор часового типа); силы резания (динамометр УДМ-100 с регистрацией на ПК с использованием специально разработанной программы №2009615802); непостоянство диаметра, конусообразность, отклонение от прямолинейности и огранку отверстий колец подшипников (соответственно приборами 299-М, МР-125, TALYROND 73); шлифовочные прижоги (методом травления).
Физико-химические процессы при нагревании веществ исследовали методом дериватографии на приборе системы Паулик-Эрдеи фирмы MOM. Определяли изменение массы вещества (термогравиметрический анализ - TG) и тепловые эффекты физических и химических превращений (дифференциальнотермический анализ - ДТА) в зависимости от температуры в интервале до 9С. Газовый анализ выполняли при шлифовании без охлаждения прибором ГАНК-4. Газозаборник располагали на расстоянии 30 мм от зоны резания, контролировали концентрацию оксида углерода (СО).
Для исследования поверхностей шлифованных образцов применялся метод просвечивающей электронной микроскопии на электронном микроскопе ЭМВ-100Л и элементный анализ на вторично-ионном масс-спектрометре с магнитным сектором IMS 4f французской фирмы CAMECA.
Импрегнирование абразивного инструмента осуществляли на специально изготовленной установке.
В рамках третьей главы дано описание применения в качестве импрегнаторов абразивного инструмента веществ их класса порофоров. Проведены дериватографические исследования данных веществ, разработаны составы для пропитки абразивного инструмента.
В процессе термического разложения порофоров выделяется большое количество газовых продуктов, характеризуемое газовым числом, находящимся в пределах 200 - 400 см3/г.
К порофорам относятся вещества, разлагающиеся в узком температурном интервале с большой скоростью выделения газа. Одним из составляющих продуктов разложения является газ - азот. Положительное действие на процесс резания азота отражено в работах А.Г. Наумова, А.К. Цокура и др.
В качестве импрегнаторов из класса порофоров выбраны азодикарбонамид (ADC) и 4,4-оксибис(бензолсульфонилгидразид) (OBSH). Это тврдые порошкообразные вещества с размером частиц 5Ц15 мкм, не токсичные (3 и класс опасности), не растворимы в воде, что позволяет применять их при обра ботке с СОТС. При температуре около 210 С ADC выделяет более 220 см3/г газов (65 % N2, 30 % СО, 3 % СО2). OBSH имеет более низкую температуру разложения порядка 140 - 150 С и газовое число 125-130 см3/г (по азоту). Газовая составляющая представляет собой 91 % N2 и 9 % паров воды.
Многие органические вещества при высоких температурах распадаются на элементарные соединения с образованием газообразных продуктов. Таким образом, их можно условно рассматривать как высокотемпературные газообразователи. Конечно, они уступают по интенсивности и количеству выделяемого газа веществам из класса порофоров. В качестве высокотемпературного газообразователя выбрано органическое вещество - амид эруковой кислоты (эрукамид), обладающий высокими смазывающими свойствами вплоть до температуры разложения с образованием газов СО, СО2, и оксидов азота NOx.
Дериватографические исследования проведены для отдельных веществ и их смесей.
Процесс термораспада ADC начинается при температуре 205 С (рис. 1а) с разложением около 67 % от первоначальной массы. В интервале температур 210 - 330 С интенсивность термораспада снижается, потеря массы составляет около 23 %.
Активная фаза термораспада OBSH наблюдается при 140 С (рис. 1б). Разложение проходит в три этапа. Интенсивное разложение (около 42 %) наблюдается в диапазоне 140 - 150 С. В интервале 150 - 500 С потеря массы составляет около 19 %, в интервале 500 - 620 С - около 30 %.
0,5 11,4 1TG TG 0 0,8 -0,5 0,2 ДТА ДТА -1 -0,4 -1,5 -1 0 250 500 750 100 250 500 750 10o o T, C T, C а б 2,5 100 1,4 11,4 75 0,6 ДТА TG 0,3 50 -0,2 ДТА -1 -0,8 TG -1,9 0 -1,8 0 250 500 750 1000 0 250 500 750 10o o T, C T, C в г Рис. 1 Термографические исследования ADC (а), OBSH (б), их смеси (в) и эрукамида (г) q q m, % m, % q q m, % m, % Для смеси порофоров наблюдается изменение начала разложения в область более низких температур около 120 - 130 С (рис 1в). Разложение осуществляется в три этапа. В диапазоне 120 - 130 С разлагается около 48 %, в интервале 130 - 500 С - около 32 %, в интервале 500 - 640 С - около 25 %. Таким образом, при использовании смесей ADC и OBSH расширяется диапазон, в пределах которого происходит интенсивное газообразование.
Тврдый остаток вещества по окончанию нагревания составляет: ADC - %, OBSH - 4 %, ADC + OBSH - 3 %.
Процесс активного разложения эрукамида начинается после 250 С и занимает гораздо больше времени в сравнении с порофорами (рис. 1г). Разложение протекает в две стадии: первая, с наибольшей потерей массы в диапазоне температур 270 - 415 С и вторая стадия 415 - 560 С. Эрукамид полностью разлагается в процессе нагревания на газообразные продукты.
Для введения импрегнаторов в поры абразивного инструмента были приготовлены растворы. В качестве растворителя использовали экологически безопасный диметилсульфоксид. Процесс пропитки осуществлялся методом свободного капиллярного поднятия.
Для увеличения растворимости порофоров и сокращения времени пропитки растворы предварительно нагревали до температуры 60Ц80С. Более высокое нагревание не целесообразно в виду начала процесса разложения импрегнаторов. Время пропитки составляет 3Ц5 минут. Подготовлены три состава импрегнаторов, содержащих по массе в % следующие компоненты: первый - 7 % ADC и 93 % диметилсульфооксида; второй - 15 % OBSH и 85 % диметилсульфооксида; третий - 7 % ADC, 8 % OBSH и 85 % диметилсульфооксида. Содержание ADC ограничивается максимальной степенью его растворения (около 7 %).
В связи с гигроскопичностью растворителя сушку абразивного инструмента после пропитки осуществляли в камере с обдувом горячим воздухом при температуре 90 - 100 С. По окончанию сушки масса импрегнатора в порах круга в зависимости состава составляет около 1,5 - 3 %.
На основании дериватографических исследований растворнных в диметилсульфоксиде и высушенных порофоров установлено, что растворение не оказывает ощутимого влияния на характер их разложения.
Эрукамид нагревали до 100 С (температура плавления около 80 С). До такой же температуры нагревали абразивный инструмент и далее его пропитывали расплавом методом капиллярного поднятия. Инструмент остывал на воздухе. Количество импрегнатора в круге составило около 18 %.
В четвртой главе представлены результаты комплексного исследования применения разработанных импрегнаторов, и дано описание феноменологической модели химического взаимодействия газовых продуктов с обрабатываемым металлом.
Анализ газовоздушной среды зоны обработки осуществляли при шлифовании без охлаждения. В связи с тем, что в процессе исследования контролировали оксид углерода (СО), использовали абразивный инструмент, пропитанный эрукамидом и ADC (при разложении OBSH не выделяется СО). Результаты со поставляли с данными, полученными при шлифовании инструментом без пропитки.
Увеличение в зоне резания концентрации оксида углерода (рис. 2) свидетельствует о протекании реакции термического разложения импрегнаторов.
Концентрация оксида углерода возрастает с увеличением количества хода стола. Таким образом, можно говорить о деструкции импрегнатора на протяжении всего периода шлифования.
0 150 300 450 60 150 300 450 6 V, мм3 V, мм а б Рис. 2 Изменение концентрации оксида углерода (CO) в зависимости от объема снятого материала V при шлифовании нержавеющей стали 12Х18Н10Т (а) и стали ШХ15 (б): - без пропитки; - ADC; - эрукамид Принимая во внимание результаты дериватографических исследований и контроля газовой атмосферы зоны шлифования, а так же учитывая предложенную в работах проф. А.Г. Наумова модель воздействия азота на процесс резания, разработана химическая модель взаимодействия компонентов термического разложения импрегнаторов с обрабатываемым металлом при шлифовании.
В результате высокой температуры, давления и каталитического действия ювенильных поверхностей возможно образование в зоне контакта карбидов и нитридов металлов по следующим реакциям:
4Fe + N2 = 2Fe2N; 8Fe + N2 = 2Fe4N; 6Fe + N2 = 2Fe3N; 2Сr + N2 = 2CrN;
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2; 3Ni + 2CO = Ni3C + CO2.
Вероятность протекания данных реакций возрастает в связи с уменьшением концентрации кислорода в зоне резания при вытеснении его газовыми продуктами, образующимися при термическом разложении импрегнаторов.
Возможно восстановление оксидов железа оксидом углерода до низших оксидов и свободного железа по реакциям Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 и FeO + CO = Fe + CO2, с последующим взаимодействием железа с азотом. Одновременное присутствие в зоне контакта углеродосодержащего газа и азота, может способствовать образованию сложных карбонитридов.
Исходя из этого, на поверхности обрабатываемого металла в зоне резания вполне вероятно формирование поверхностной оксидной пленки с элементами включений, состоящих из карбидов, нитридов и карбонитридов металла. ДанCО, мг/м CО, мг/м ные соединения - более твердые и хрупкие вещества. Сочетания оксидной пленки, препятствующей адгезии абразивного зерна, и присутствие на поверхности фаз включения при стружкообразовании облегчает переход от вязкого течения металла к его хрупкому разрушению, что способствует снижению силы резания и износа абразивного инструмента.
Используя режим микродифракции, на электронном микроскопе ЭМВ100Л проводили качественный анализ включений, присутствующих в угольных репликах. По результатам исследования при шлифовании стали 12Х18Н10Т абразивным инструментом, импрегнированным смесью ADC и OBSH, в 25 - % взятых реплик фиксировались нитридные соединения железа, остальное - оксиды. В некоторых случаях обнаружены кристаллические соединения, которые не поддались расшифровке. Такие соединения можно индентифицировать как сложные карбиды, нитриды или карбонитриды типа (Fe, Cr)N и т.п., что согласуется с предложенной моделью контактного взаимодействия.
Для изучения топографии поверхностей использовался метод угольных реплик с оттенением. В результате проведенных расчетов установлено, что для поверхности, обработанной не пропитанным абразивным инструментом, высота неровностей составляет величину порядка 4,8103 , а для поверхности, обработанной импрегнированным инструментом, - 1,6103 . Представленные расчеты и состояние рельефа обработанной поверхности свидетельствует о меньшем адгезионном взаимодействии пары абразив - металл при шлифовании с разработанными импрегнаторами.
Методом вторично-ионной масс-спектроскопии проведены исследования поверхности образцов стали ШХ15 при сухом шлифовании импрегнированным (смесь ADC+OBSH) и не пропитанным абразивным инструментом (рис. 3).
Полученные результаты послойного элементного анализа поверхности показывают увеличение содержание атомов азота от 3 до 20 раз в зависимости от глубины исследования и атомов углерода до 4 раз при шлифовании импрегнированным кругом (рис. 3 а,б). При этом содержание на поверхности, обработанной инструментом без пропитки, атомов кислорода до глубины исследования 0,5 мкм существенно выше. В частности, на глубине 0,25 мкм количество кислорода в 6 раз больше (рис. 3 в).
Таким образом, результаты исследований, полученные методами электронной микроскопии и вторично-ионной масс-спектроскопии, подтверждают предложенную модель химического взаимодействия компонентов термического разложения разработанных импрегнаторов с обрабатываемым металлом при шлифовании.
абораторные испытания эксплуатационных показателей импрегнированного инструмента проведены методом плоского шлифования с охлаждением содовым раствором (0,3 % кальцинированной соды.). В ходе исследований применяли абразивный инструмент без пропитки, импрегнированный OBSH (патент РФ №2443538), смесью ADC + OBSH и эрукамидом.
Результаты экспериментальных исследований и последующая статистическая обработка свидетельствует о значимом снижении составляющих силы шлифования кругами с новыми импрегнаторами.
10 0,25 0,5 0,75 0 0,25 0,5 0,75 Глубина Н, мкм Глубина Н, мкм а б 1Рис. 3 Изменение относительной 75 интенсивности элементов азота (а), углерода (б) и кислорода (в) по глубине образца H после шлифования абразивным инструментом:
1Ц с ADC + OBSH;
2 - без пропитки.
0 0,25 0,5 0,75 Глубина Н, мкм в При шлифовании стали ШХ15 импрегнированным АИ на этапе приработки максимальное значение составляющей Py снижается в 1,6 - 2 раза, Pz - в 1,2 - 1,45 раза по сравнению с непропитанным инструментом. На этапе стабильного шлифования Py снижается в 1,4 - 1,6 раз, Pz - в 1,15Ц1,2 раза (рис. 4).
При обработке импрегнированным инструментом возрастает отношение сил Pz/Py. Одной из возможных причин увеличения данного показателя является снижение работы пластического деформирования в связи с образованием на поверхности материала карбонитридных включений согласно модели химического взаимодействия продуктов разложения порофоров с обрабатываемым металлом.
Аналогичные результаты получены, при шлифовании стали 12Х18Н10Т.
Этап приработки характеризуется снижением составляющей силы Py в 1,6 - 1,раз, Pz - в 1,2 - 1,4 раза, вследствие чего отношение сил Pz/Py при шлифовании импрегнированным инструментом выше, чем у стандартного. На конечном этапе периода шлифования обе составляющие силы резания в зависимости от импрегнатора снижаются в 1,2 - 1,4 раза.
Шероховатость обработанной поверхности при шлифовании сталей кругами с новыми импрегнаторами снижается на 15 - 30 %, коэффициент шлифования возрастает в 1,2 - 1,5 раза (табл. 1).
Проведены сравнительные испытания порофоров с одним из наиболее распространенных импрегнаторов - серой. Из новых импрегнаторов взят ADC Отн. интенсивность Отн. интенсивность Отн. интенсивность (патент РФ №2440886). Исследования проводили на чистовых (t =0,005 мм) и черновых (t =0,015 мм) режимах шлифования стали ШХ15.
821 614120 250 500 750 100 250 500 750 10V,мм3 V, мм а б 2Рис. 4 Значения составляющих сил 2резания Pz и Py (а, б), в том числе на этапе стабильного 1шлифования (в):
11 - без пропитки; 2 - OBSH;
3 - ADC + OBSH; 4 - эрукамид.
13400 3550 3700 3850 40V,мм в Таблица 1 - Шероховатость обработанной поверхности (Ra, Rz) и коэффициент шлифования K при обработки стали 12Х18Н10Т и стали ШХШХ12Х18Н10Т Импрегнатор Ra, мкм Rz, мкм К Ra, мкм Rz, мкм К без пропитки 3,4 0,3 17,7 0,6 2,1 2 0,2 11,6 0,4 Смесь 2,5 0,2 13,9 0,5 3,1 1,7 0,1 10,0 0,6 OBSH 2,6 0,2 14,1 0,2 3,1 2,1 0,1 12,6 0,8 эрукамид 2,7 0,2 15,4 0,5 2,5 1,7 0,1 10,2 0,4 Результаты исследований при черновых режимах обработке показывают значимое снижение составляющих сил резания при шлифовании импрегнированным ADC инструментом: Pz - в 1,4 раза, Py - в 1,3 раза.
Установлено, что на черновых режимах обработки коэффициент шлифования кругом с ADC по сравнению с серой увеличивался в 1,5 раза, а шероховатость поверхности снизилась в 1,4 раза (с Ra=1,9 до Ra=1,4 мкм), составляющие силы шлифования в 1,3 - 1,4 раза. На чистовых режимах обработки лучшие результаты по большинству показателей получены при шлифовании кругом, пропитанным серой. Таким образом, предпочтение порофорам следует отдавать при шлифовании на черновых режимах.
y z P, H P, H y P, H Для проверки данного положения проведены лабораторные испытания в широком диапазоне режимов шлифования стали ШХ15: глубину шлифования t (подача на ход стола) изменяли в пределах 0,005 - 0,015 мм, продольную подачу Vs от 8 до 18 м/мин. Эксперименты выполнены при шлифовании обычным кругом и импрегнированным смесью порофоров ADC и OBSH методом полного факторного эксперимента. В качестве критерия отклика использовали коэффициент шлифования.
После обработки данных и проверки значимости каждого из коэффициентов полиномов получены следующие регрессионные зависимости коэффициента шлифования импрегнированным К1 и не пропитанным К2 абразивным инструментом в натуральном значении факторов:
К1 = 8,9 +1,4Vs +868,4t - 66,8Vst;
К2 = 8,8 +1,5Vs +586,4t - 84,8Vst.
Погрешность регрессионной модели не превышает 11 %.
Графическая интерпретация результатов (рис. 5) показывает, что при использовании импрегнированного порофорами абразивного инструмента предпочтительнее работать на больших глубинах шлифования. По сравнению с обработкой не пропитанным инструментом коэффициент шлифования с увеличением t от 0,005 мм до Рис. 5 Влияние t и Vs на коэффициента 0,015 мм возрастает в 1,4 раза.
шлифования К:
В пятой главе представлены 1 - пропитанным кругом;
результаты испытаний кругов с 2 - непропитанным кругом.
порофорами в производственных условиях на ОАО Волжский подшипниковый завод на операции чернового шлифования отверстия внутреннего кольца подшипника У-2007120А из стали ШХ15.
Обработку кольца выполняли на внутришлифовальном полуавтомате SIW5 с использованием эмульсионной СОЖ Авазол (ТУ 0258-001-3470584195). Типоразмер и характеристика кругов - 1 853620 25АF60KЦL6V.
Установлено, при шлифовании кругом, импрегнированным смесью порофоров ADC и OBSH, ресурс инструмента возрастает в 1,75 раза.
При шлифовании инструментом твердостью K вариационный размах непостоянства диаметра отверстия сокращается с 25 до 15 мкм, а конусообразности - с 11 до 8 мкм. Для инструмента твердостью L вариационный размах непостоянства диаметра отверстия сокращается с 20 до 10 мкм, а конусообразности - с 13 до 8 мкм.
Каждую двадцатую заготовку контролировали на шероховатость, огранку, отклонение от прямолинейности и наличие прижогов. В результате статистической обработки результатов измерений установлено, что при шлифовании импрегнированным инструментом Ra, огранка и отклонение от прямолинейности снижаются соответственно на 15, 22 и 30 %.
Прижоги на обработанной поверхности определяли после шлифования первых и последних колец. Установлено, что после шлифования стандартным абразивным инструментом присутствуют штриховые прижоги, количество которых по десятибалльной системе соответствует двум баллам, что допустимо по требованию технологического процесса. При обработке импрегнированным инструментом содержание штриховых прижогов определено одним баллом.
Ожидаемый годовой экономический эффект при замене потребности в абразивном инструменте на одной единице технологического оборудования составляет более 10000 рублей.
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. Обоснован подход к усовершенствованию абразивного инструмента, заключающийся в пропитке веществами из класса органических газообразователей (порофоры), в процессе термического разложения которых в зоне резания образуется активная газовая среда.
2. Установлено, что при соединении двух порофоров в смесь расширяется диапазон, в пределах которого происходит интенсивное газообразование. Определено, что растворители не влияют на свойства порофоров.
3. Методом газового анализа зоны резания установлено, что концентрация оксида углерода растт с увеличением числа проходов, что свидетельствует о разложение порофоров на протяжении всего периода обработки.
4. Разработана модель химического взаимодействия газообразных продуктов разложения порофоров с обрабатываемым металлом, заключающаяся в образовании нитридов, карбидов и сложных карбонитридов металлов. Наличие указанных соединений подтверждено экспериментально методом электронной микродифракции. Косвенным подтверждением модели является установленное с помощью метода вторично-ионной масс-спектроскопии увеличение содержание атомов азота и углерода на поверхности при шлифовании импрегнированным инструментом.
5. Разработаны составы для пропитки абразивного инструмента с использованием в качестве импрегнаторов азодикарбонамида и 4,4-оксибис (бензолсульфонилгидразид) (патенты РФ №2440886, №2443538) и методика импрегнирования абразивного инструмента.
6. Лабораторными испытаниями установлено, что применение абразивного инструмента, пропитанного разработанными составами при шлифовании сталей ШХ15 и 12Х18Н10Т, приводит к снижению силы резания 1,2 - 1,6 раза, износа абразивного инструмента в 1,3 - 1,5 раза, шероховатости обработанной поверхности на 15 - 30 %.
7. При использовании абразивного инструмента, импрегнированного порофорами, предпочтительнее работать на черновых режимах шлифования.
8. В результате производственных испытаний абразивного инструмента на операции чернового шлифования колец подшипников в условиях ОАО Волжский подшипниковый завод установлено, что импрегнирование смесью порофоров ADK и OBSH обеспечивает повышение ресурса абразивного инструмента в 1,75 раза, точности размеров и качеству обработанной поверхности.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих публикациях:
Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК 1. Митрофанов, А.П. Исследование применения импрегнаторов из класса порофоров для пропитки абразивного инструмента / В.А. Носенко, А.П. Митрофанов, Г.М. Бутов // СТИН. - 2011. - № 8. - C. 35-40.
2. Митрофанов, А.П. Новые импрегнаторы для пропитки абразивного инструмента / А.П. Митрофанов, В.А. Носенко, Г.М. Бутов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2011. - № 4/3. - C. 48-54.
3. Митрофанов, А.П. Производственные испытания импрегнированного абразивного инструмента при шлифовании колец подшипника / А.В. Морозов, В.А. Носенко, А.П. Митрофанов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - 2011. - № 4/3. - C. 66-71.
4. Митрофанов, А.П. Повышение эффективности шлифования колец подшипников импрегнированием абразивного инструмента / В.А. Носенко, А.П.
Митрофанов, Г.М. Бутов // Изв. ВолгГТУ. Серия "Прогрессивные технологии в машиностроении". Вып. 7: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. - Волгоград, 2011. - № 13. - C. 34-36.
Патенты на изобретения РФ и свидетельства регистрации программ ЭВМ 5. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2009615803 от 16 окт.
2009 г. РФ, МПК (нет). Расчт количества абразивных зрен, оставивших след на шлифованной поверхности / В.А. Носенко, Д.О. Филюшкин, Р.А. Белухин, А.П. Митрофанов; ВолгГТУ. - 2009.
6. Свид. о гос. регистрации программы для ЭВМ № 2009615802 от 16 окт.
2009 г. РФ, МПК (нет). Обработка результатов тарировки и измерения сил шлифования / В.А. Носенко, М.В. Даниленко, Р.А. Белухин, С.В. Носенко, А.П.
Митрофанов; ВолгГТУ. - 2009.
7. Пат. 2440886 Российская федерация, МПК B 24 D 3/34/ (2006. 01). Состав для пропитки абразивного инструмента / А.П. Митрофанов, В.А. Носенко, Г.М.
Бутов. - Опубл. 27.01.2012, Бюлл. № 3.
8. Пат. 2443538 Российская федерация, МПК B 24 D 3/34/ (2006. 01). Состав для пропитки абразивного инструмента / А.П. Митрофанов, В.А. Носенко, Г.М.
Бутов. - Опубл. 27.02.2012, Бюлл. № 6.
Сборники трудов международных и республиканских конференций 9. Митрофанов, А.П. Акустический метод контроля твердости абразивного инструмента / В.А. Носенко, А.П. Митрофанов // Новые материалы и технологии (НМТ 2008) : матер. всерос. науч.-техн. конф., Москва 11Ц12 нояб. 2008 г. В 3 т. Т.2 / МАТИ - Рос. гос. технол. ун-т им. К.Э. Циолковского. - М., 2008. - С. 38-39.
10. Митрофанов, А.П. Повышение эффективности применения абразивных инструментов импрегнированием / А.П. Митрофанов // Молоджь и наука XXI века : матер. III междунар. науч.-практ. конф. (23-26 нояб. 2010 г.) / ФГОУ ВПО "Ульяновская гос. с.-х. академия" [и др.]. - Ульяновск, 2010. - Т. IV. - C. 72-74.
11. Митрофанов, А.П. Исследование механизма химического взаимодействия импрегнаторов абразивного инструмента с обрабатываемыми металлами / В.А. Носенко, А.П. Митрофанов, Г.М. Бутов // Машиностроение и техносфера XXI века : сб. тр. XVIII междунар. науч.-техн. конф. (г. Севастополь, 12-сент. 2011 г.). В 4 т. Т. 2 / Донецкий нац. техн. ун-т [и др.]. - Донецк, 2011. - С.
251-255.
12. Митрофанов, А.П. Влияние импрегнирования на стойкость абразивного инструмента и качество обработанной поверхности при шлифовании колец подшипников / А.В. Морозов, А.П. Митрофанов, В.А. Носенко // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии - Технология - 2011 :
сб. тр. XIV междунар. науч.-техн. конф. (г. Орел, 5-7 окт. 2011 г.). / Технологический институт им. Н.Н. Поликарпова ФГБОУ ВПО л Госуниверситет - УНПК. - Орел, 2011. - С. 40-43.
13. Митрофанов, А.П. Разработка методики и исследование распределения вершин зрен на рабочей поверхности инструмента / В.А. Носенко, Л.К. Морозова, А.П. Митрофанов // Les problemes contemporains de la technosphere et de la formation des cadres d`ingenieurs : recueil des exposes des participants de la V Conf.
int. scient. et methodique a Tabarka (Tunisie) du 06 au 15 octobre 2011 / UNTD (Донецкий нац. техн. ун-т) [и др.]. - Donetsk, 2011. - S. 267-269.
Статьи в зарубежной печати 14. Impregnation of Abrasive Tools with Foaming Agents / V.А. Nosenko, А.P.
Mitrofanov, G.М. Butov //Russian Engineering Research. - 2011. - Vol. 31, No. 11.
Ц C. 1160-1163.
Публикации в других изданиях 15. Митрофанов, А.П. Исследование и применение азодикарбонамида для импрегнирования абразивного инструмента / В.А Носенко, А.П. Митрофанов // Физика, химия и механика трибоситем : межвуз. сб. науч. тр. / под ред. В.Н.
атышева. - Иваново: Иван. гос. ун-т.., 2010.Ц Вып. 9. С. 145-150.
16. Митрофанов, А.П. Эффективность применения элементов V-VII группы таблицы Менделеева в качестве активного компонента состава для импрегнирования абразивного инструмента / В.А. Носенко, А.П. Митрофанов // Инновационные технологии в обучении и производстве: матер. VI всерос. науч.-практ.
конф., г. Камышин, 15-16 дек. 2009 г. В 6 т. Т. 3 / ГОУ ВПО ВолгГТУ, КТИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград, 2010. - C. 106-108.
Подписано в печать ___.___. 2012г. Заказ №. Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0 Формат 60 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.
Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета.
400005, г. Волгоград, ул. Советская,
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям