Підвищення ефективності технології фінішної обробки деталей пар тертя поршневих насосів

Abstract

Дисертація присвячена розробці ефективної технології фінішної механічної обробки відповідальних деталей пар тертя поршневих насосів за рахунок вибору оптимальних умов високоякісної обробки на основі урахування балансу тепла при шліфуванні, що йде в стружки і оброблювану деталь. Для цього розроблена математична модель визначення температури при шліфуванні. На ії основі отримано принципово нове теоретичне рішення про характер зміни температури при шліфуванні. Теоретично визначені основні умови зменшення температури і підвищення якості обробки, які полягають в зменшенні частки тепла, що йде в стружки, і збільшенні частки тепла, що йде в оброблювану деталь, за рахунок зменшення глибини шліфування і швидкості переміщення теплового джерела вглиб поверхневого шару оброблюваної деталі. Обґрунтовано можливості істотного збільшення продуктивності обробки без збільшення температури і погіршення якості оброблюваної поверхні за рахунок реалізації сталого теплового процесу в умовах лезової обробки (точіння) і глибинного шліфування. Проведено експериментальні дослідження твердості поверхні обробленої деталі і товщини дефектного шару, що дозволили перевірити і уточнити отримані теоретичні рішення. Розроблено інженерну методику розрахунку оптимальних параметрів режиму шліфування з урахуванням обмеження по температурному фактору. На її основі створені і впроваджені в виробництво ефективні технологічні процеси фінішної механічної обробки (шліфування, тонкого точіння і доведення) плоских, циліндричних і сферичних поверхонь відповідальних деталей пар тертя поршневих насосів.

Диссертация посвящена разработке эффективной технологии финишной механической обработки ответственных деталей пар трения поршневых насосов за счет выбора оптимальных условий высококачественной обработки на основе учета теплового баланса при шлифовании. Для этого разработана математическая модель определения температуры при шлифовании, основанная на учете баланса тепла, уходящего в образующиеся стружки и обрабатываемую деталь. Она позволила аналитически определить доли тепла, уходящего в образующиеся стружки и обрабатываемую деталь, и установить их связь с температурой при шлифовании и толщиной поверхностного слоя обработанной детали, в котором концентрируется образующееся при шлифовании тепло. На основе разработанной математической модели получено принципиально новое теоретическое решение о характере изменения температуры при шлифовании, выражающееся в том, что с увеличением времени контакта шлифовального круга с фиксированным сечением обрабатываемой детали температура увеличивается примерно по экспоненциальному закону, асимптотически приближаясь к значению, равному отношению условного напряжения резания к удельной теплоемкости и плотности обрабатываемого материала, и с физической точки зрения определяющему установившийся тепловой процесс. Теоретически определены и экспериментально подтверждены основные условия уменьшения температуры и повышения качества обработки, состоящие в уменьшении доли тепла, уходящего в образующиеся стружки, и увеличении доли тепла, уходящего в обрабатываемую деталь, за счет уменьшения глубины шлифования и скорости перемещения теплового источника вглубь поверхностного слоя обрабатываемой детали. Обоснованы возможности существенного увеличения производительности обработки без увеличения температуры и ухудшения качества обрабатываемой поверхности за счет реализации установившегося теплового процесса в условиях глубинного шлифования и лезвийной обработки (точения). Определено условие уменьшения толщины дефектного слоя обрабатываемой детали, состоящее в уменьшении с течением времени обработки фактической глубины шлифования по закону бесконечно убывающей геометрической прогрессии, который, как доказано, реализуется при шлифовании по схеме выхаживания с оптимальной скоростью детали и обеспечивает равенство толщины дефектного слоя и величины упругого перемещения, возникающего в технологической системе. Проведены экспериментальные исследования твердости поверхности обработанной детали и толщины образующегося дефектного слоя, позволившие проверить и уточнить полученные теоретические решения. Экспериментально установлено значительное снижение твердости поверхности (в 1,63 раза) с увеличением глубины шлифования в пределах 0,01–0,2 мм, что свидетельствует о существенных ограничениях по температурному фактору при выборе оптимальных условий высококачественной обработки. Разработана инженерная методика расчета оптимальных параметров режима шлифования с учетом ограничений по температуре шлифования и толщине поверхностного слоя обработанной детали, в котором концентрируется образующееся при шлифовании тепло. На ее основе разработан оптимальный по структуре технологический процесс плоского шлифования деталей из закаленной стали ШХ15 (включающий переходы предварительного и окончательного шлифования и выхаживания), обеспечивающий твердость поверхности, близкую к исходной (до обработки), и высокие показатели точности обрабатываемых поверхностей. Разработаны также эффективные технологические процессы бесцентрового шлифования цилиндрической части поршня из закаленной стали ШХ15 и тонкого точения сферической поверхности поршня взамен применявшегося технологического процесса шлифования на профильно-шлифовальном станке. Внедрение в производство разработанных технологических процессов финишной абразивной и лезвийной обработки деталей пар трения поршневых насосов обеспечивает повышение производительности и качества обработки за счет исключения температурных дефектов на обработанных поверхностях и соответственно повышение ресурса работы изготовленных поршневых насосов.

Dissertation is devoted to development of effective technology of the finish tooling of responsible details of pair of friction of pistons pumps due to the choice of optimum terms of high-quality treatment on the basis of account of balance of heat at polishing, going away to the appearing shavings and processed work piece. For this purpose the mathematical model of forming of temperature is developed at grinding. On its basis the new theoretical decision is got on principle about character of change of temperature at grinding. The basic terms of diminishing of temperature and upgrading treatment are certain in theory. Possibilities of substantial increase of productivity of treatment are grounded without the increase of temperature and worsening of quality of the processed surface due to realization of the set thermal process in the conditions of blade treatment (turning) and deep grinding. Experimental researches of hardness of surface of the treated detail and thickness of appearing imperfect layer, allowing to check and specify the got theoretical decisions, are conducted. The engineering method of calculation of optimum parameters of the grinding mode is developed taking into account limitation on a temperature factor. On its basis created and applied in industry effective technological processes of the finish tooling (grinding, thin turning and polishing) of flat, cylindrical and spherical surfaces of responsible details of pair of friction of pistons pumps.