Анотація до роботи:

Степанов М.С. Наукові основи використання змащувально-охолоджувальних рідин для підвищення ефективності технологічних систем шліфування. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.02.08 - технологія машинобудування. - Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Харків, 2005.

У дисертації вирішена важлива наукова проблема забезпечення вихідних параметрів шліфування шляхом раціонального енергозберігаючого застосування ЗОР, що дозволило вирішити завдання підвищення продуктивності при збереженні якості обробленої поверхні. Запропоновано методологію створення і використання систем застосування ЗОР при шліфуванні, яка базується на комплексному аналізі чинників впливу ЗОР на вихідні технологічні параметри обробки. Встановлено, що для оцінки витрати ЗОР, що потрапляє в зону контакту через пори, для опису шліфувальних кругів на керамічних зв'язках можна використовувати електрогідравлічну аналогію, а в умовах засалювання - методи контактних схем.

Розроблені нові теплофізичні моделі, які вперше враховують відмінність інтенсивності тепловіддачі в джерелі і поза ним та інші фактори. Запропоновано принцип стабілізації теплового режиму шліфування, згідно з яким гідравлічні параметри подачі ЗОР повинні відповідати інтенсивності знімання матеріалу. Вперше введені нові енергетичні критерії: коефіцієнт проникаючої здатності і ККД способу подачі ЗОР. Запропоновано методи зниження енергоємності шляхом максимального зменшення витрати подачі ЗОР. Обґрунтована методологія дослідження підтримки ріжучої здатності шліфувального круга шляхом його гідроочищення струменями високого тиску. Розроблені практичні рекомендації, які дозволяють вирішувати комплексну задачу забезпечення технологічних параметрів шліфування матеріалів різної оброблюваності переважними засобами застосування ЗОР.

Дисертаційна робота присвячена рішенню науково – практичної задачі розробки науково обґрунтованої методологія створення і використання систем застосування ЗОР при шліфуванні, що дало можливість підвищити продуктивність обробки в 1,2 - 3 рази при збереженні якості обробленої поверхні, шляхом раціонального енергозберігаючого застосування ЗОР.

Основні наукові та практичні результати:

1.Запропоновані методи опису структури абразивних кругів при взаємодії їх з ЗОР. Встановлено, що для оцінки витрати ЗОР, що потрапляє в зону контакту через пори, для опису шліфувальних кругів на керамічних зв'язках можна використовувати електрогідравлічну аналогію, а в умовах засалювання - методи контактних схем. На режимах остаточного шліфування витрата через пори круга і корисна витрата сумірні між собою.

2.Розроблена математична модель сили різання при повздовжньому шліфуванні з урахуванням геометричних параметрів зерна, характеристики круга і його зносу, фізико-механічних властивостей оброблюваного матеріалу. Оригінальна методика визначення характеру розподілу сили різання дозволила встановити, що при повздовжньому шліфуванні із застосуванням ЗОР закон її зміни вздовж зони контакту - гіперболічний.

3.Розроблені більш обґрунтовані теплофізичні моделі, які в порівнянні з відомими раніше рішеннями, враховують обмеженість джерела тепла по ширині, повздовжнє переміщення джерела і його вплив на нагрів заготовки, нерівномірний розподіл тепловіддачі по поверхні заготовки поза джерелом тепла, відмінність інтенсивності тепловіддачі в джерелі і поза ним. Це дозволило встановити превалюючий вплив фізико-хімічної дії ЗОР на поверхню круга і заготовки в зоні контакту на зниження температури шліфування над її охолоджувальною дією.

4.Визначено основний принцип стабілізації теплового режиму шліфування, згідно з яким гідравлічні параметри повинні точно відповідати інтенсивності знімання матеріалу. Режим теплообміну, який встановлюється при шліфуванні, окрім відомих параметрів (режим обробки, фізико-хімічні властивості ЗОР і умови її подачі, схема шліфування, габарити заготовки) визначається координатою точки, в якій здійснюється теплообмін. Встановлено, що при одних і тих же витратах потужності (в умовах швидкісного шліфування) варіювання тиском з метою збільшення коефіцієнту тепловіддачі є ефективнішим, ніж варіювання витратою ЗОР. Запропоновані залежності для розрахунку локальних значень коефіцієнту тепловіддачі.

5. Знайшла подальший розвиток класифікація і проведений аналіз сил, що виникають у наслідок дії ЗОР, наведені кількісні співвідношення між ними. Гідродинамічна сила, що виникає в межах дуги контакту, в 10 і більше разів перевищує гідродинамічну силу, що діє унаслідок виникнення гідродинамічного клину. Одержана розрахункова формула для визначення складових сили гідродинамічної дії струменя ЗОР на поверхню заготовки з урахуванням зносу шліфувального круга.

6.Теоретично обґрунтована й підтверджена модельними і експериментальними дослідженнями визначальна роль гідравлічних параметрів ЗОР в ефективності шліфування. Доказано, що гідравлічні параметри подачі ЗОР визначають параметри продуктивності шліфування (особливо швидкісного) і якості одержуваної поверхні. Для поліпшення умов формування макропрофілю в поздовжньому перетині запропоновано використовувати енергію подачі ЗОР. При цьому похибка форми профілю в поздовжньому перетині може бути знижена в 1,3 і більше разів.

7. Запропонована й обґрунтована методика дослідження поведінки ЗОР в зоні контакту. Встановлено, що величина питомої корисної витрати подачі ЗОР значною мірою залежить від параметрів струменя, режиму обробки і орієнтації сопла подачі ЗОР. На режимах остаточного шліфування величина питомої корисної витрати складає 15,8% від величини питомої витрати ЗОР (при кутовому розташуванні сопла). Зміна орієнтації сопла може зменшити питому корисну витрату від 10 (при прямому розташуванні сопла) до 40%(при кутовому розташуванні сопла). Збільшення врізної подачі з 0,05 до 0,1 мм/хв зменшує питому корисну витрату в 3-4 рази, не дивлячись на збільшення тиску подачі ЗОР в 6-7 разів.

8. Для оцінки технологічної ефективності ЗОР введені нові енергетичні критерії: коефіцієнт проникаючої здатності і ККД способу подачі ЗОР. Запропоновані методи зниження енергоємності шляхом максимального зменшення витрати подачі ЗОР при шліфуванні. Проведена оцінка втрат потужності, пов'язаних з обертанням шліфувального круга і розпилюванням ЗОР, і намічені шляхи зниження енергоємності подачі ЗОР. Встановлено, що в умовах остаточного шліфування втрати потужності на розпилювання сумірні з ефективною потужністю шліфування і потужністю, витраченою на тертя в підшипниках шпинделя шліфувального круга. Створена математична модель процесу подачі ЗОР при плоскому остаточному шліфуванні, що дозволяє підбором геометричних параметрів техніки подачі ЗОР мінімізувати енерговитрати.

9. Сформульовано нові принципи конструювання техніки подачі ЗОР в зону контакту, які враховують більшість специфічних особливостей, що виникають при шліфуванні конкретної заготовки, забезпечують сприятливі умови попадання рідини в зону контакту і тим самим гарантують її активну участь в процесі різання. На основі цих принципів розроблений комплекс способів та засобів подачі ЗОР.

10. Запропоновано і обґрунтовано методологію дослідження підтримки ріжучої здатності шліфувального круга шляхом його гідроочищення струменями високого тиску. Визначені області раціонального застосування гідроочищення. Найбільший ефект від її використання полягає в підвищенні стійкості круга за критерієм появи термодефектів на обробленій поверхні. При цьому стійкість може бути підвищена в 2 і більше разів (особливо при шліфуванні торцем круга з плечевою подачею). Розроблена нова техніка гідроочищення шліфувального круга і проведений вибір її раціональних параметрів.

11. Підготовлена база нормування чистоти ЗОР за параметром глибини структурно-зміненого шару матеріалів різних груп оброблюваності. З урахуванням отриманих даних проводиться підбір і розробка нової техніки очищення ЗОР.

12. Запропоновано методологію вибору альтернативних варіантів технологічних процесів шліфування із застосуванням ЗОР. На базі проведених досліджень розроблені практичні рекомендації, які дозволяють розв`язувати комплексну задачу забезпечення технологічних параметрів шліфування матеріалів різної оброблюваності переважаючими засобами застосування ЗОР. Впровадження результатів роботи у виробництві дозволило одержати річний економічний ефект 209,6 тис.грн.

Публікації автора:

1. Степанов М.С., Гришин А.М., Яковлева Л.К. Оценка потерь мощности при подаче СОЖ в зону шлифования // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ, 1997. -Вып. 51. - С. 214 - 219. Здобувачем одержані залежності для визначення втрат потужності, які пов'язані з розпилюванням СОЖ і тертям об шліфувальний круг при її плині.

2.Степанов М.С. Нормирование чистоты СОЖ по критериям качества поверхностного слоя шлифованных деталей. // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ, 1998.- Вып.52.- С.195-199.

3. Степанов М.С. Обобщенная оценка эффективности действия СОЖ при шлифовании. // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ, 2000. - Вып. 56. - С. 145 - 149.

4. Степанов М.С., Ходаков Л.В.Очистка СОЖ при шлифовании алюминиевих сплавов. // Труды Одесск. полит. ин-та. - Одесса, 2001. - Вып. 5 - С.47 - 50. Здобувачем запропонована методика оцінки якості очищення СОЖ.

5. Степанов М.С. Определение эффективности способа подачи СОЖ в зону шлифования по энергетическим критериям. // Інтегровані технології та енергозбереження. - Харків: НТУ «ХПІ», 2001. - № 3.- С. 98 –101.

6. Степанов М.С. Управление параметрами подачи СОЖ в цикле врезного шлифования. // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: ХГПУ, 2001. - Вып. 59. - С. 179 - 183.

7. Степанов М.С. Математическое описание площади канала, образующегося при контакте шлифовального круга и заготовки. // Вісник інженерної академії України. - Київ, 2001, - Вип.3. - С. 199 - 203.

8. Степанов М.С. Определение влияния гидравлических параметров подачи СОЖ на коэффициент теплоотдачи в зоне резания при шлифовании. // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». - Харків: НТУ «ХПІ», 2001. - Вип. 10. - С. 168 - 172.

9. Степанов М.С.Нормативные значения давления и расхода подачи СОЖ на операциях продольного абразивного шлифования. // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». - Харків: НТУ «ХПІ», 2001. - Вип. 11. - С. 136 - 139.

10. Степанов М.С., Калиба Е.Г. Технологическая эффективность гидроочистки круга при шлифовании. //Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2002. - Вып.63. -
С. 150 - 156. Здобувачем запропонована методика визначення технологічної ефективності гідроочищення круга.

11. Степанов М.С. Закономерности изменения кинематических параметров шлифования и давления подачи СОЖ при импульсном воздействии струи на поверхность заготовки. // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2002. - Вып. 62. -
С. 114 - 118.

12. Степанов М.С. Калиба Е.Г, Повышение эффективности шлифования коленчатых валов путем рационального использования смазочно-охлаждающих технологических средств. //Високі технології в машинобудуванні. - Харків: НТУ «ХПІ», 2002, - Вип. 1. - С. 364 - 369. Здобувачем отримана залежність для управління витратою ЗОР.

13. Степанов М.С., Ковязин В.И. Исследование влияния загрязненности СОЖ на шероховатость поверхности при шлифовании штоков гидравлических цилиндров. // Вісник ХДТУСГ. „Підвищення надійності відновлюємих деталей машин”. - Харків: ХДТУСГ, 2002. - Вип. 10. -
С. 215 - 218. Здобувачем запропоновано методику експериментальних досліджень.

14. Степанов М.С., Коваленко О.Л. Рациональный выбор припуска при шлифовании с применением СОЖ. // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». - Харків: НТУ «ХПІ», 2002. - Вип. 9, т. 11. - С. 79 - 82. Здобувачем запропоновано управління енергоємністю шліфування шляхом максимального зменшення подачі ЗОР на різних етапах циклу обробки.

15. Степанов М.С.Теплообмін при шліфуванні з застосуванням ЗОР
//Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». - Харків: НТУ «ХПІ», 2002. - Вип. 19. - С. 62 - 67 .

16. Степанов М.С., Борзиловский А.В. Определение силы резания и закономерностей распределения СОЖ в зоне контакта при круглом шлифовании с продольной подачей. //Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». - Харків: НТУ «ХПІ», 2002. - Вип. 7, т. 2. - С. 59 - 63. Здобувачем запропоновано методику експериментального визначення сили різання.

17. Степанов М.С., Удовиков А.Н. Энергетический анализ действия струи СОЖ на поверхность шлифовального круга. // Інтегровані технології та енергозбереження. - Харків: НТУ «ХПІ», 2002. - №1. - С. 106 – 109. Здобувачем виконано чисельне визначення енергетичних показників струменя ЗОР.

18. Степанов М.С. Подача СОЖ при скоростном прерывистом шлифовании. // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». - Харків: НТУ «ХПІ», 2002. -
Вип. 6. - С. 241 - 244.

19. Степанов М.С. Экономическое обоснование выбора системы применения СОЖ. при шлифовании. // Вісник ХДТУСГ. ”Підвищення надійності відновлюємих деталей машин”. - Харків: ХДТУСГ, 2003. -Вип.18. - С. 39 - 43.

20. Степанов М.С.Анализ действия сил при шлифовании с применением СОЖ. // Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2003. - Вып. 65. - С. 157 - 165.

21. Степанов М.С.Влияние режимов шлифования на удельный полезный расход СОЖ через зону контакта. // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». - Харків: НТУ «ХПІ», 2003. - Вип. 9, т. 1. – С. 71 -76.

22. Степанов М.С., Пермяков А.А. Влияние ориентации сопла подачи СОЖ на её полезный расход через зону контакта. // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. - Донецк, 2004. - Вып. 27. - С. 233 - 238. Здобувачем виконано розрахунок корисної витрати ЗОР для різних умов її подачі.

23. Сизый Ю.А., Степанов М.С. Математическое моделирование температурного поля в шлифуемой заготовке периферией круга. // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – Харьков, 2004. - №2. - С. 52-63. Здобувачем визначені значення кінематичних параметрів, критерію Пеклі і коефіцієнту тепловіддачі для типових режимів шліфування.

24. Степанов М.С. Управление параметрами точности продольного шлифования воздействием СОЖ на шлифовальный круг. // Вісник ХДТУСГ. ”Технічний сервіс АПК, техніка та технології у сільськогосподарському машинобудуванні”. - Харків: ХДТУСГ, 2004. - Вип. 26. - С. 143 - 149.

25. Сизый Ю.А., Степанов М.С.Тепловой баланс процесса шлифования.
// Резание и инструмент в технологических системах. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2004. - Вып. 66. - С. 177 - 190. Здобувач виконав аналіз розподілу теплового потоку в зоні шліфування для різних умов шліфування.

26. Тимофеев Ю.В., Сизый Ю.А., Степанов М.С. Обеспечение технологических параметров шлифования рациональным выбором средства применения СОЖ. // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – Харьков, 2005. - №1. - С. 48 - 51. Здобувач запропонував інформацію для банку даних по забезпеченню технологічних параметрів при обробці деталей різних класів.

27. А.С.№1803194 СССР МКИ³ В04С 3/00. Устройство для подачи и очистки жидкостей / М.С.Степанов, А.В. Чекмасов, А.А. Юдин,
В.Н. Филиппов. (СССР)-4813418/26. Заявлено 13.04.90. опубл. 23.03.93. Бюл. №11. - 4с. Здобувач запропонував тарілчасті перфоровані перегородки.

28. Деклараційний патент України на винахід №43691 В24В МКл⁷ 55/02 “Пристрій для кінцевої, з використанням змащувально-охолоджувальної рідини, обробки внутрішніх циліндричних поверхонь” / М.С. Степанов,
О.Л. Коваленко, Д.В. Борисов, Д.Б. Мішустін, Р.В. Морозов, - 2001053216. Опубл. 17.12.2001. Бюл. №11. Здобувач запропонував збірний шліфувальний круг, в пазах якого, встановлені пластини.

29. Деклараційний патент України на винахід №46497 В24В МКл⁷ 55/02 “Пристрій для подачі змащувально-охолоджувальної рідини під час шліфування довгомірних заготовок ”/ М.С. Степанов, А.М. Онищенко,
Є.О. Шевченко, - 2001075362. Опубл. 15.05.2002. Бюл. №5. Здобувач запропонував підтримуючий елемент у вигляді втулки, на внутрішній поверхні якої виконані гвинтові канавки.

30. Деклараційний патент України на винахід № 49687 В01Д МКл⁷ 25/38 “Пристрій для зливу рідини із станини шліфувального верстата ”
/ М.С. Степанов, О.Л. Коваленко, Л.В. Ходаков, А.Н.Удовиков, Т.О. Іщєнко - Опубл. 16.09.2002. Бюл. №9. Здобувач запропонував виконати вертикальні перегородки і розмістити їх на різній висоті.

31. Степанов М.С., Ходаков Л.В. Оценка газосодержания СОЖ при шлифовании. // Смазочно-охлаждающие жидкости в процессах абразивной обработки. - Ульяновск. 1992. С. 16-22. Здобувачем запропонована методика експериментального визначення газозмісту.

32. Степанов М.С. СОЖ для шлифования. // Мир техники и технологий. - Харьков, 2003. - №2 - С. 14 - 16.

33. Степанов М.С. Техника очистки СОЖ при шлифовании. // Мир техники и технологий. - Харьков, 2003. - № 6.- С. 30 - 31.

34. Степанов М.С., Головашенко Г.В., Дубровский С.Б. Оптимизация условий подачи СОЖ при шлифовании. // Сборник научных трудов ХГПУ “Информационные технологи: наука, техника, технология, образование, здоровье”. - Харьков: ХГПУ, 1997. - Вып. 6. - С. 377-379. Здобувачем запропоновано модель розрахунку діаметру сопла подачі ЗОР.

35. Мусиенко М.С., Степанов М.С. Обеспечение эффективности подачи СОЖ при шлифовании заготовок деталей гидроприводов. // Тез. докл. международн. научн.-техн. конференции “Гидравлические машины, гидропривод и гидропневмоавтоматика”. – Москва: МЭИ, 1998. – С. 25. Здобувач запропонував оцінювати техніку подачі ЗОР з урахуванням енерговитрат.

36. Степанов М.С., Сиренко Н.Н. Описание абразивного инструмента методами электрогидравлической аналогии. // Сборник научных трудов ХГПУ. “Информационные технологи: наука, техника, технология, образование”. - Харьков: ХГПУ, 1998. - Вып. 6.- С. 212 - 214. Здобувач запропонував для опису структури шліфувального круга і його пропускної спроможності використовувати метод електрогідравлічної аналогії.

37. Зорькин М.Е., Гавриков Д.В., Степанов М.С. Повышение эффективности гидроочистки шлифовального круга путем применения гидропривода. // Тез. докл. международн. научн-техн. конференции “Гидравлические машины, гидропривод и гидропневмоавтоматика”. – Москва: МЭИ, 2000. – С. 18. Здобувач запропонував використовувати мультиплікатор тиску, що працює від гідроприводу верстата.

38. Степанов М.С. Подача СОЖ при шлифовании длинномерных заготовок с наружной винтовой поверхностью. // Тез. докл. 4-й международн. научн-техн. конференции “Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве”. - Харьков. -2001. – С. 165 - 168.

39. Степанов М.С. Принципы конструирования техники подачи СОЖ при шлифовании. // Тез.докл. 6-й международн. научн-техн. конференции “Физические и компьютерные технологии в народном хозяйстве”. - Харьков. - 2002. – С. 34 - 36.

40. Степанов М.С., Пермяков А.А., Ходаков Л.Л. Исследование загрязнения воздуха аэрозолем и летучими продуктами деструкции СОЖ при шлифовании. // Сборник статей по материалам 10-й международной научно-методической конференции “Технологии XXI века”. - Сумы, 2003. -
С. 143 - 149. Здобувачем запропоновано методику експериментальних досліджень.

41. Степанов М.С., Черныш В.Н., Дунаевский В.А. Описание шлифовальных кругов с помощью алгебры Буля. // Доклады международной научно-практической конференции. Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2003. - С. 181. Здобувач запропонував для опису пропускної спроможності шліфувального круга використовувати елементи алгебри Буля.

42. Stepanov М.S. Parameters control of an exactitude of longitudinal grinding by influence grinding fluid on perform. //2^nd International Conference “Research and Education”. Results of the SCIENTIFIC COOPERATION between the National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute” and University of Miskolc. – Miskolc. 2004. p145-151.

43. Степанов М.С., Скворчевский А.Е. Определение силы действия струи СОЖ высокого давления при гидроочистке шлифовального круга.
// Доклады международной научно-практической конференции “Информационные технологи: наука, техника, технология, образование, здоровье”. - Харьков: НТУ «ХПИ», 2004. - С. 152. Здобувачем запропоновано модель розрахунку сили дії струменя СОЖ на поверхню шліфувального круга.

44. Сизый Ю.А., Степанов М.С. Определение полезного расхода СОЖ при финишной обработке рабочей поверхности гильз гидроцилиндров.// Сборник статей международной научно-технической конференции “Актуальные вопросы промышленности и прикладных наук”.– Ульяновск: УлГТУ, - 2004. - С. 211 – 214. Здобувачем запропоновано модель розрахунку корисної витрати ЗОР.

45. Сизый Ю.А., Степанов М.С. Влияние давления подачи СОЖ на нагрев заготовки при врезном шлифовании.// Матеріали міжнародної науково-практичної конференції “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я”. - Харків: НТУ «ХПІ», 2005. - С. 210-214. Здобувачем запропоновано модель розрахунку сили різання.

Анотації