CC BY
5ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
ется с применением математического моделирования. Математическое моделирование значительно облегчает функционально-стоимостный анализ систем и изделий, т.к. псзволяет представить материалы по определению потребительских свойств, функций при имитации производственных ситуаций или рабочих режимов работы.
Моделирование ГПС предусматривает определение очередности выпуска изделий по номенклатуре деталей, т.е. формирование годовой программы обработки по наименованиям деталей и соответствующим величинам партий с дальнейшим распределением по срокам (квартал, месяц и т.д.) и имитацию работы ГПС по реализации пслученной случайным образом или заданной годовой программы с использованием методов имитаиионного моделирования [3].
Выходные результаты имитационного моделирования являются входными для моделирования компоновочных решений ГПС.
Совместное использсвание методов имитационного моделирования (для определения программы запуска деталей в определенный период времени - месяц, квартал, год) и теории графов (для определения оптимальной компоновки оборудования на производственной плошади участка), с нашей точки зрения, является хорошим решением поставленной задачи.
Результаты моделирования КР ГПС особенно важны для энергетического машиностроения, для промышленности строительных материалоь, экономический уффем 01 применения которых обеспечивается тем, что:
- найденная в результате моделирования оптимальная схэма потоков предметов труда позволяет определить оптимальную структуру гибкого производства, обеспечивающую высокую степень использования основных фондов, найти вариант, обеспечивающий максимальную загрузку оборудования в условиях существующей структуры производства;
- моделирование движения потоков предметов труда
дает возможность для отдельных производственных процессов осуществлять группировку операций на отдельных позициях, обеспечивающую необходимую степень синхронизации работы оборудования в пределах заданного ритма работы;
- установленные в результате моделирования интенсивности потоков предметов труда между отдельными рабочими позициями являются основой для решения вопросов о компоновке оборудования в ГПС и отдельных ГПС в цехе, обеспечивающей минимальные затраты на организацию перемещения предметов труда;
- при оптимальном размещении оборудования на производственной площади участка суммарная длина транспортных перемещений, проходимых всеми деталями в процессе их обработки является минимальной. Выполнение этого условия уменьшает общую длину транспортного пути при межоперационных перевозках, что позволяет сократить необходимое число транспортных средств и расходы, связанные с транспортными перемещениями;
- улучшается качество проекта и увеличивается интенсификация процесса проектирования.
Литература
1. Жуков Е.М. Разработка методики проектирования компоновочных решений для подразделений машиностроительных производств.// Магистерская диссертация - Кемерово: КузГТУ, 2001.
2. Лищинский Л.Ю. Структурный и параметрический синтез гибкой производственной системы. - М.: Машиностроение, 1990. - 312 с.
3. Бондаренко В.Н., Букина Л.И. (БелГТАСМ), Герасименко В.Я., Гринев А.Е., Коломыцев В.М. (ОАО "Белэнер-гомаш", г. Белгород). Моделирование прогрессивных технологических процессов как составная часть анализа свойств систем и изделий.// Функционально-стоимостный анализ в реиении актуальных задач предприятий./ Сборник научных трудов. М. - Белгород, 1999. - С. 72-81.
Перспективные напрвления в совершенствовании обработки плоских
поверхностей шлифованием
Т. Н. ИВАНОВА, доцент, канд. техн. наук, ИжГТУ, г. Ижевск
В современных рыночных отношениях решение задач повышения производительности труда, обеспечение высокого качества и надежности изделий в различных отраслях промышленности неразрывно связано с увеличением применения абразивной обработки.
Поэтому одной из важнейших задач в этой области является разработка и создание специального инструмента, засчет которого осуществлялось бы совершенствование технологических процессов. Эффективность шлифования может быть значительно повышена путем использования алмазного инструмента с улучшенными режущими свойствами, например, с принудительной подачей смазочно-охлаждающего технологического средства в зону резания и т.п.
Применение алмазного шлифовального инстэумента делает его по сравнению с другими абразивными инструментами практически безальтернативным при использова-
нии на многих операциях технологического процесса. Так одним из факторов значительного говышения эффективности алмазного инструмента является металлизация алмазных порошков. В результате металлизации образуется оболочка вокруг зерна, которая предохраняет его от выкрашивания и разрушения, создаёт более благоприятные условия для теплового режима зерна.
В процессе шлифования алмазными кругами, например на органических связках, тепло, поступающее в неметал-лизироьанние зерно, накапливав юн в нем и концентрируется на границе "зерно-связка". Невысокая теплопроводность органических связок, локальный характер контакта и наличие теплового сопротивления на границе "зерно-связка" препятствуют распространению тепла в массу круга, в резуль_ате чего связка может нагреваться до такой температуры, при которой изменяются ее физико-механические свойства, и зерно при незначительной нагрузке вы-
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
рывается.
Теплофизический анализ показал, что покрытия на алмазах в кругах с органическими связками должны иметь тепловую активность меньше тепловой активности алмаза, но больше, чем у связки. Такое сочетание является оптимальной тепловой моделью для данных кругов. Слой покрытия, отводя часть тепла от кристалла алмаза, уменьшает, <ак общее теплосодержание в зоне резания и температуру зерна, так и температуру на границе "покрытие-связка", что благоприятно сказывается на механических свойствах связки, удерживающей зерна, а, следовательно, и ка стойкости инструмента.
Значительная температура начала размягчения металлических связок (500°С) и большая тепловая активность препятствуют накоплению тепла в зерне и на границе "алмаз-связка". Применение алмазов с покрытием и в этом случае сопровождается повышением стойкости круга за-счет увеличения прочности сцепления зерен со связкой.
Перспективным направлением в повышении работоспособности инструмента из сверхтвердых материалов является улучшение физико-механических свойств смазоч-но-охлаждающих технологически средств и совершенствование технологии их применения.
Впервые в отечественной и зарубежной практике для достижения максимальной эффективности от подачи сма-зочно-охлаждающего технологического средства в зону резания и прерывистого шлифования разработан инструмент (эис.1), представляющий собой корпус типа ЧК, во внутреннюю полость которого подается средство, а на торцовой поверхности в абразивном материале выполнены криволинейные канавки переменного сечения сужающиеся по направлению истечения СОТС, что позволяет увели-
а)
11
Рис. 1. Алмазный прерывистый инструмент с подачей СОТС в зону резания: а) конструкция в сборе с кожухом, б)вид алмазоносного слоя. 1 - шпиндель, 2 - корпус, 3 - приёмный стакан, 4 - корпус инструмента, 5 - лопасти, 6 - направляющий конус, 7 - уплотнение, 8 - кожух, 9 - штуцер, 10 - канавки, 11 - поверхности круга
чить его скорость [1]. Во избежание ударной нагрузки, канавки расположены под определенным углом с перекрытием зоны резания и соблюдением постоянства площади контакта режущей поверхности выстугов инструмента с обрабатываемой поверхностью в каждый момент времени шлифования. Этим достигается равномерный износ, а отсюда и высокая износостойкость. Внутри инструмента установлены лопасти, при помощи которых во внутренней полости при вращении круга создается повышенное давление средства, что обеспечивает дополнительную скорость его истечения. Для уменьшения расхода и направления СОТС непосредственно в зону резания во внутренней полости инструмента устанавливается направляющий конус.
Оптимальным параметром режущей поверхности круга, как показали исследования [2], можно считать наличие 20-25% поверхности, занятой канавками для подвода сма-зочно-охлаждающего технологического средства от общей рабочей поверхности круга.
Основной причиной низкой обрабатываемости труднообрабатываемых материалов является возникновение при их обработке больших сил и высоких температур в зоне контакта резания. Так при обработке жаоопрочных сталей и сплавов силы резания в 1,5-3 раза больше, чем при обработке конструкционных термически обработанных сталей. Большие силы при резании деталей из труднообрабатываемых сталей и сплавов обусловливают большое количество теплоты, выделяющейся на единицу срезаемого объёма металла. Кроме того, большинство труднообрабатываемых сталей и сплавов имеют низкую теплопроводность, что приводит к возникновению вьсоких температур в зоне резания. При обработке деталей из титановых сплавов усадка стружки весьма мала и при определённых условиях происходит не усадка, а удлинение стружки. Это явление названо "отрицательной" усадкой стружки. Причиной малой усадки стружки при резании титановых сплавов является их низкая пластичность.
Результатом выполненных исследований в области обработки труднообрабатываемых материалов стало создание алмазных инструментов с режущей перфорированной поверхностью и с внутренним подводом смазочно-ох-лаждающего технологического средства непосредственно в зону резания (рис. 2). Такой инструмент обеспечивает теплоотвод от режущих элементов и создаёт эффект смазки в зоне контакта, что обеспечивает снижение температуры в зоне резания на 30+40%, уменьшает силы резания 1.2+2 раза, по сравнению с обычными стандартными кругами. Количество отверстий не должно превышать 30% от общей площади режущей поверхности, т.к. большое количество отверстий снижает стойкость и эежущую способность инструмента [3].
Таким образом, выполненные исследования позволили объяснить преимущества плоского шлифования алмазными инструментами с подачей смазочно-охлаждающего технологического средства в зону резания. Так, анализ параметров шероховатости: высоты микронеровностей и относительной опорной длины профиля при шлифовании показывают, что круги с прерывистой рабочей поверхностью обеспечивают более высокие параметры плоских обрабатываемых поверхностей и способствуют повышению технико-экономических показателей их деталей. Это достигается за счет эффекта прерывистого резания, создания лучших условий для подвода смазо^но-охлаждающей жидкости в зону резания. Для оценки физико-механичес-
№ 1 (18)2003 17
€й
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
а)
Рис. 2. Алмазный имырумент с режущей перфорированной поверхностью и внутренним подводом СОТС в зону резания:
а) общий вид инструмента, б) вид алмазоносного слоя. 1 - корпус, 2 - алмазоносный слой, 3- промежуточнсе кольцо, 4 - приемный стакан, 5 - внутренние отверстия для подвода СОТС, 6 - винтовые лопасти, 7 - полость, кольцевая канавка, 9 - конусообразные отверстия, 10 - сквозные винтовые канавки. 11 - пластина.
кого состояния поверхностного слоя были проведены исследования по определению остаточных напряжений 1 рода, которые показали не только уменьшение величины растягивающих напряжений на поверхности, но и переход их в сжимающие, что может быть объяснено наличием пластической деформации в верхних слоях обрабатываемого материала под силовым воздействием алмазные зерен. Результаты испытаний на усталостную прочность при цикловом нагружении показали существенное различие долговечности образцов в зависимости от применяемого инструмента, что обусловлено определяющей ролью поверхностного слоя. Так долговечность образцов, обработанных алмазным инструментом с непосредственной подачей смазэчно-охлаждающего технологического средства в зону резания, повышается по сразнению с исходным состоянием и обработанной инструментом с поливом СОТС. Поэтому применение прогрессивных алмазных кругов с подачей СОТС в зону резания позволяет получать поверхностный слой, сформированный в условиях благоприятных для прочностных характеристик.
Литература
1. Патент РФ на изобретение № 2095227 / МПК 6 В 24 Д 7 /10 Абразивный инструмент для плоского шлифования / Свитковский Ф. Ю., Иванова Т.Н. и др. Опубл. 10.11.1997. Бюл. № 31.
2. Иванова Т.Н., Свитковский О.Ю. Совершенствование технологии обработки за счет применения алмазного прерывистого торцового инструмента. /Техника машиностроения. Информац.- техн. ж. № 4,2000. Стр.82-87.
3. Патент РФ на изобретение N5 2176586 / МПК 6 В 24 Д 7/10 Абразивный инструмент для плоского шлифования / Свитковский Ф. Ю., Иванова Т.Н. и др. Опубл. 10.12.2001. Бюл. № 34.
Особенности сварки трением заготовок режущего инспрумента с использованием эффекта сверхпластичности на машинах И-228
Н. И. ФОМИН, доцент, канд. техн. наук, Б. Ф. СОВЕТЧЕНКО, доцент, канд. техн. наук, Н. А. АЗАРОВ, доцент, канд. техн. наук, А. С. КИСЕЛЕВ, доцент, канд. техн. наук, ТПУ, г. Томск
Сварка трением, как один из наиболее экономичных и высокопроизводительных методов соединения разнородных металлов и сплавов широко применяется в инструментальной промышленности. Более половины общего выпуска сварного режущего инструмента приходится именно на этот вид сварки [1]. При использовании традиционных параметров режима сварки трением быстрорежущих и конструкционных сталей в сварном соединении формируются непроварь, которые в изломе имеют вид блестящих колец и представляют собой тонкие карбидные пленки, занимающие значительную площадь поверхности трения. Кромо того, при отжиге сваренных загото вок, который выполняется для снижения твердости околошовной зоны, в стыке со стороны конструкционной стали образуется ферритная прослойка с низкими механическими свойствами [1].
С целью устранения условий возникновения карбидной пленки и ферритной прослойки, предложено сварку трением выполнять в температурном интервале сверхплас-
тичности быстрорежущей стали [2(4].
Для реализации предложенного способа сварки на основании расчетных и экспериментальных данных совместно со специалистами ОАО "Томский инструмент" разработано техническое задание на проектирование сварочной машины. Проектно-конструкторские работы были выполнены Московским специальным конструкторским и технологическим бюро проектирования металлорежущего инструмента и оборудования. Машине присвоен шифр И-228. Станкостроительным цехом завода изготовлены две сварочные машины, которые переданы в заготовительный цех.
В процессе отработки технологического процесса сварки на машинах И-228 возникли некоторые сложности, связанные с обеспечением необходимого качества сварного соединения.
1. В соответствии с предварительными исследованиями по определению параметров режима предложенного способа сварки [5] при изготовлени/1 опытных партий заго-
