Молчанов Олександр Дмитрович ФОРМУВАННЯ ПОВЕРХНЕВОГО ШАРУ ВИРОБІВ ІЗ ОКСИДНОЇ КЕРАМІКИ ПРИ АЛМАЗНОМУ ШЛІФУВАННІ . Автореферат

К ПРЕДЫДУЩЕЙ СТРАНИЦЕ

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Донецькому державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Основні показники машин і механізмів - надійність і коефіцієнт корисної дії значною мірою визначаються експлуатаційними властивостями деталей і з'єднань: зносостійкістю, коефіцієнтом тертя, межею витривалості, корозійною стійкістю і деякими іншими. У той же час, експлуатаційні властивості задаються станом поверхневого шару деталей, що формується на стадії механічної обробки.

Проведені раніше дослідження і відображені в роботах таких відомих українських і російських учених як Е.В. Рижов, А.Г. Суслов, В.С. Комбалов, Б.І. Костецький, Н.Б. Демкін, А.М. Суліма та ін., представили основні положення по науково обгрунтованому вибору, призначенню і технологічному забезпеченню системи параметрів стану поверхневого шару металів, що комплексно характеризують експлуатаційні властивості деталей машин. Для кераміки на основі оксиду алюмінію стан справ інший. Існуючі дослідження не носять комплексний характер і не відображають рішення проблеми в цілому.

Найбільш важливим параметром якості поверхневого шару, що має вплив на тріботехнічні характеристики, є шорсткість, що задається на стадії механічної обробки. Розроблені теоретичні моделі формування шорсткості при алмазно-абразивній обробці металів, подані в роботах С.Г. Редько та А.В. Корольова, А.П. Хусу та Ю.Р. Вітенберга, Ю.К. Новосьолова та А.В. Корольова, Л.Н. Филимонова, П.Г. Матюхи, А.Г. Суслова дозволяють прогнозувати параметри шорсткості поверхні, що утворюється при цьому виді обробки металевих виробів. Для кераміки опис формування шорсткості, яка виникає при шліфуванні, зводиться до представлення емпіричних рівнянь регресії або кореляційних рівнянь.

У зв'язку з цим виникає необхідність розробки математичної моделі формування шорсткості поверхні керамічних виробів при алмазному шліфуванні і проведення досліджень по виявленню зв'язків таких експлуатаційних показників як зносостійкість, коефіцієнт тертя з параметрами стану поверхневого шару кераміки, що задаються на стадії шліфування. Вирішення цієї задачі повинно сприяти підвищенню надійності вузлів тертя ковзання виробів із оксидної кераміки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дана робота є частиною досліджень, проведених на кафедрі “Металорізальні верстати та інструменти” Донецького державного технічного університету в рамках держбюджетних тем - “Основи теорії і створення підшипників ковзання нового покоління і технології їх виготовлення” (№ держ. реєстрації 0195U006593) та “Основи теорії керування алмазною обробкою виробів із оксидної кераміки для забезпечення їх високої якості” (№ держ. реєстрації 0100U001018).

Мета і задачі дослідження. Мета дисертаційної роботи - формування шорсткості і дефектності поверхні керамічних виробів на основі оксиду алюмінію при алмазному шліфуванні, що забезпечують поліпшення їхніх експлуатаційних характеристик.

Для досягнення поставленої мети були вирішені наступні задачі:

1. Розроблена математична модель визначення параметрів шорсткості поверхні, яка виникає при алмазному шліфуванні кераміки, що дозволяє задавати необхідну висоту мікрорельєфа, виходячи з експлуатаційних вимог.

2. Розроблені методики проведення досліджень для визначення показників якості поверхневого шару кераміки, що задаються на стадії алмазного шліфування, і впливу їх на експлуатаційні характеристики керамічних виробів.

3. Експериментально вивчені закономірності формування поперечного перетину зрізу, що утворюється від діяння алмазного зерна, у залежності від режимів різання і характеристик круга при обробці кераміки, що необхідно для теоретичного опису формування шорсткості поверхні при алмазному шліфуванні оксидної кераміки.

4. Експериментально досліджений вплив режимних параметрів алмазного шліфування і характеристики круга на шорсткість і дефектність поверхні оксидної кераміки.

5. Експериментально встановлений вплив шорсткості оксидної кераміки, що задається на стадії алмазного шліфування, на тріботехнічні показники пари тертя кераміка - загартована сталь.
6. Розроблені рекомендації щодо визначення режимів різання і характеристики алмазного інструмента по заданим параметрам шорсткості поверхні та обмеженням по припустимим розмірам дефектів оксидної кераміки.

Об'єкт дослідження - процес формування поверхневого шару оксидної кераміки при алмазному шліфуванні.

Предмет дослідження - шорсткість і дефектність поверхні оксидної кераміки, що виникають при алмазному шліфуванні.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження базуються на основних положеннях теорії різання, механіки крихкого руйнування і теорії імовірностей. Розглянуто кінематику процесу взаємодії алмазних зерен з оброблюваною поверхнею при алмазному шліфуванні з обліком імовірного характеру крихкого руйнування оксидної кераміки. Математичне моделювання досліджуваного процесу проведено з використання математичного пакету MathCAD 7.0 Professional на ПЕОМ.

Експериментальні дослідження базуються на теорії планування і статистичної обробки результатів експериментів, апараті дисперсійного аналізу, із застосуванням обчислювальної техніки та проведенні в лабораторних умовах із використанням сучасних методів дослідження і вимірювальної апаратури (профілографування поверхні, капілярний метод люмінесцентної дефектоскопії, профілографування ріжучої поверхні алмазного круга з виділенням алмазних зерен та ін.). У основу методики проведення експериментальних досліджень покладений принцип комплексного вивчення впливу режимних параметрів алмазного шліфування оксидної кераміки на формування поверхневого шару і стану останнього на експлуатаційні характеристики керамічних виробів.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Вперше розроблена математична модель формування шорсткості при алмазному шліфуванні оксидної кераміки з урахуванням ймовірного характеру крихкого руйнування поверхневого шару кераміки і стана ріжучого рельєфу круга, що дозволяє прогнозувати параметри шорсткості поверхні кераміки при алмазному шліфуванні і надалі виготовляти вироби з оксидної кераміки з раціональними параметрами мікронерівностей.

2. Вперше встановлено, що при алмазному шліфуванні оксидної кераміки мають місце п'ять форм поперечного перетину зрізу: що копіюється, скольчата, тріщинувата, комбінована й осередкова. Найбільш характерною формою зрізу при крихкому руйнуванні є осередкова.

3. Вперше теоретично й експериментально встановлене, що найбільший вплив на формування шорсткості поверхні оксидної кераміки при алмазному шліфуванні надає різновисотність зерен алмазного круга.

4. Винайшло підтвердження для оксидної кераміки положення про те, що при рівні дефектності, яка виникає при обробці, що не перевищує рівень структурної дефектності, міцність керамічних виробів не знижується.

Практичне значення отриманих результатів:

- на основі теоретичних і експериментальних досліджень визначені раціональні режими різання і характеристики шліфувального круга, виходячи з необхідних параметрів шорсткості і дефектності поверхні керамічних виробів;

- проведені експериментальні дослідження дозволяють прогнозувати ймовірність руйнування керамічних деталей унаслідок рівня їхньої дефектності, як структурної, так і оброблювальної, а також напруг, що діють;

- на основі експериментальних досліджень визначені раціональні параметри шорсткості поверхні, маршрут обробки і режими різання при шліфуванні виробів на основі оксидної кераміки, що дозволяє знизити коефіцієнт тертя, знос сталевого контртіла і поліпшити температурний режим роботи;

- за результатами досліджень розроблена конструкція керамічного підшипникового вузла, на яку отриманий патент України (№34860А від 15.03.2001р.).

У результаті виконаної роботи розроблені рекомендації на вибір режимів різання і параметрів алмазного інструмента при обробці керамічних деталей вузлів тертя ковзання, що дозволило формувати необхідну мікрогеометрію поверхневого шару, виходячи з необхідних експлуатаційних якостей - мінімального часу приробітки, низьких значень коефіцієнта тертя і зносу поверхонь, що труться.

Результати роботи впроваджені на підприємстві “Кераміка” (м. Донецьк). Застосування запропонованих рекомендацій при виробництві керамічних плунжерів роторно-поршневих насосів і бандажних кілець волочильних станів дозволило знизити витрати на їхнє виробництво й експлуатацію на 20% і збільшити ресурс роботи, відповідно, на 95% і 35%.

Особистий внесок здобувача. Основні положення і результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, включених у дисертацію, докладені: на IV міжнародній науково-технічній конференції “Прогресивні технології машинобудування і сучасність” у м. Севастополі (1997 р.), на міжнародній науково-технічній конференції “Прикладні дослідження в технології виробництва скла і стеклокристалевих матеріалів” у м. Константинівці (1997 р.), на 3-ій міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми підвищення якості промислової продукції” у м. Брянську (Росія, 1998 р.), на міжнародній науково-технічній конференції “Tehnologii Moderne Calitate Restructurare” у м. Кишиневі (Молдавія, 1999 р.), на VI міжнародній науково-технічній конференції “Машинобудування і техносфера на рубежі XXI століття” у м. Севастополі (1999 р.), на міжнародній науково-технічній конференції “International Scientific Conference Modern Technologies, Quality, Restructuring” у м. Ясси (Румунія, 2000 р.).

Публікації. Результати дисертації опубліковані в 11 наукових публікаціях, з них в 6 статтях збірників наукових праць рекомендованих ВАК України, у 4 збірниках праць міжнародних конференцій, у 1 збірнику тез конференцій.

Структура й обсяг роботи. Робота містить: вступ, 6 розділів, висновки, список використаних джерел, додатки. Загальний обсяг - 224 сторінки, у тому числі 71 рисунок, 10 таблиць, 6 додатків, список використаних джерел із 148 бібліографічних назв.

К предыдущей странице