Анотація до роботи:

Яценко С.М. Підвищення ефективності технології фінішної обробки деталей пар тертя поршневих насосів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 – технологія машинобудування. – Одеський національ-ний політехнічний університет, Одеса, 2006.

Дисертація присвячена розробці ефективної технології фінішної механі-чної 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 роз-роблена математична модель визначення температури при шліфуванні. На ії основі отримано принципово нове теоретичне рішення про характер зміни тем-ператури при шліфуванні. Теоретично визначені основні умови зменшення те-мператури і підвищення якості обробки, які полягають в зменшенні частки теп-ла, 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 можли-вості істотного збільшення продуктивності обробки без збільшення температу-ри і погіршення якості оброблюваної поверхні за рахунок реалізації сталого те-плового 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 отри-мані теоретичні рішення. Розроблено інженерну методику розрахунку оптима-льних параметрів режиму шліфування з урахуванням обмеження по температу-рному фактору. На її основі створені і впроваджені в виробництво ефективні технологічні процеси фінішної механічної обробки (шліфування, тонкого то-чіння і доведення) плоских, циліндричних і сферичних поверхонь відповідаль-них деталей пар тертя поршневих насосів.

У дисертаційній роботі на основі отриманих нових науково об ґрунтова-них результатів вирішена важлива і актуальна науково-практична задача ство-рення ефективної технології фінішної механічної обробки відповідальних дета-лей пар тертя поршневих насосів за рахунок вибору оптимальних умов високо-якісної обробки на основі урахування теплового балансу при шліфуванні.

1. Розроблено нову математичну модель визначення температури при шлі-фуванні на основі урахування балансу тепла, що йде в стружки і оброблювану деталь, і встановлено принципово нову закономірність зміни температури від параметрів обробки. Її суть полягає в тому, що зі збільшенням часу контакту шліфувального круга з фіксованим перерізом оброблюваної деталі температура збільшується приблизно за експонентним законом, асимптотично наближаю-чись до значення, рівного відношенню умовної напруги різання до питомої те-плоємності і щільності оброблюваного матеріалу, і з фізичної точки зору визна-чаючого сталий тепловий процес. Це вказує на те, що формування температури та інших параметрів теплового процесу при шліфуванні підкоряється більш складним фізичним закономірностям і вимагає застосування уточнених розра-хункових схем, що враховують тепловий баланс.

2. Теоретично встановлено, що характер зміни температури при шліфуванні відповідає характеру зміни частки тепла, що йде в стружки, і протилежний ха-рактеру зміни частки тепла, що йде в оброблювану деталь. Це добре погодиться з відомими експериментальними даними про взаємозв'язок температури з роз-поділом тепла при механічній обробці і свідчить про вірогідність розробленої математичної моделі.

3. Зроблено кількісну оцінку балансу тепла і температури при шліфуванні на основі розробленої математичної моделі й установлено, що при звичайному багатопрохідному шліфуванні частка тепла, що йде в стружки, значно менше частки тепла, що йде в оброблювану деталь. Відповідно температура приймає відносно невеликі значення. При глибинному шліфуванні, навпаки, практично все тепло йде в стружки, а температура приймає максимально можливе значен-ня, що дозволяє реалізувати сталий тепловий процес.

4. Визначено основні умови зменшення температури і підвищення якості обробки, які полягають в зменшенні частки тепла, що йде в стружки, і збіль-шенні частки тепла, що йде в оброблювану деталь, за рахунок зменшення гли-бини шліфування і швидкості переміщення теплового джерела вглиб поверхне-вого шару оброблюваної деталі.

5. Обґрунтовано можливість істотного збільшення продуктивності обробки без збільшення температури і погіршення якості оброблюваної поверхні за ра-хунок реалізації сталого теплового процесу в умовах лезової обробки (точіння) і глибинного шліфування. Доведено, що при точінні, яке характеризується більш низькою силовою напруженістю різання в порівнянні зі шліфуванням, можна реалізувати сталий тепловий процес із більшою продуктивністю оброб-ки і меншою температурою поверхневого шару оброблюваної деталі. Це свід-чить про значні технологічні можливості фінішної лезової обробки.

6. Теоретично і експериментально обґрунтована умова зменшення товщини дефектного шару оброблюваної деталі, яка полягає в зменшенні із часом оброб-ки фактичної глибини шліфування за законом нескінченно убутної геометри-ної прогресії, що, як доведено, реалізується при шліфуванні за схемою вихо-джування з оптимальною швидкістю деталі і забезпечує рівність товщини де-фектного шару і величини пружного переміщення, що виникає в технологічній системі і визначає похибку розміру обробки.

7. Експериментально встановлено значний вплив температурного фактору при плоскому шліфуванні на зменшення твердості поверхні і збільшення тов-щини дефектного шару обробленої деталі із загартованої сталі ШХ15. Виходя-чи із цього, розроблений оптимальний за структурою технологічний процес плоского шліфування (який включає переходи попереднього і остаточного шліфування і виходжування), що забезпечує твердість поверхні, близьку до ви-хідного значення (до обробки), і високі показники точності оброблюваних по-верхонь. Необхідні значення відхилення від площинності 0,005 мм і відхилення від паралельності 0,01 мм забезпечуються на операції плоского шліфування, а необхідна шорсткість поверхні =0,16 мкм – на наступній операції доведення абразивними пастами М16 – М20.

8. Розроблено інженерну методику розрахунку оптимальних параметрів ре-жиму шліфування з урахуванням обмежень по температурі шліфування і тов-щині поверхневого шару обробленої деталі, у якому концентрується тепло, що утворюється при шліфуванні. На її основі розроблена технологія безцентрового шліфування циліндричної частини поршня із загартованої сталі ШХ15 у три переходи, що дозволило підвищити якість обробки і експлуатаційні властивості пари тертя “поршень – циліндр (втулка корпуса)”. Технологія забезпечує шорс-ткість поверхні =0,32 мкм і відхилення від циліндричності 0,005 мм. Насту-пним доведенням вільним абразивом досягається необхідна шорсткість =0,16 мкм.

9. Експериментально встановлено, що перехід від шліфування, здійснюва-ного на профіле-шліфувальному верстаті мод. Л3190, до тонкого точіння, здій-снюваного на сферо-токарному верстаті мод. 16М25, сферичної поверхоні по-ршня із загартованої сталі ШХ15 дозволяє забезпечити твердість обробленої поверхні, близьку до вихідного значення, у широких межах зміни режимів рі-зання. Це свідчить про зниження інтенсивності теплової напруженості обробки при точінні в порівнянні зі шліфуванням і підтверджує отримані в роботі в да-ному напрямку теоретичні рішення.

10. Розроблені ефективні технологічні процеси фінішної механічної обробки (шліфування, тонкого точіння і доведення) плоских, циліндричних і сферичних поверхонь відповідальних деталей пар тертя поршневих насосів впроваджені в основне виробництво ВАТ “Харківський завод Гідропривід”. Вони дозволяють підвищити продуктивність і якість обробки (за рахунок зниження температур-ного впливу на оброблювану деталь) і відповідно збільшити у два рази ресурс роботи виготовлених поршневих насосів. Економічний ефект від впровадження технологічних процесів склав більш як 100 тис. гривень на рік.

Публікації автора:

1. Яценко С.М. Условия снижения температуры поверхностного слоя дета-ли при механической обработке // Високі технології в машинобудуванні: Збір-ник наукових праць Національного технічного університету ”Харківський по-літехнічний інститут”. Харків: НТУ “ХПІ”, 2005. Вип. 2 (11). С. 471-475.

2. Новиков Ф.В., Яценко С.М. Расчет теплового баланса и температуры ре-зания при шлифовании // Вісник Харківського національного технічного уні-верситету сільського господарства. – Харків: ХНТУСГ, 2005. – Вип. 33. – С. 125-129.

3. Новиков Ф.В., Яценко С.М. Обоснование структуры и параметров техно-логического процесса механической обработки с учетом температурного фак-тора // Вісник Національного технічного університету ”Харківський політехні-чний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2005. № 28. – С. 117-125.

4. Новиков Ф.В., Яценко С.М. Формирование температуры поверхностного слоя обрабатываемой детали при резании и шлифовании // Вісник Національно-го технічного університету ”Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2005. № 29. – С. 115-122.

5. Новиков Г.В., Ковальчук А.Н., Яценко С.М. Исследование структуры и параметров рабочей поверхности алмазно-абразивных инструментов // Вісник Національного технічного університету ”Харківський політехнічний інститут”. – Харків: НТУ “ХПІ”. – 2005. – № 12. – С. 110-118.

6. Яценко С.М. Расчет и количественная оценка параметров теплового про-цесса при шлифовании // Вісник Харківського національного технічного уні-верситету сільського господарства ім. Петра Василенка. – Харків: ХНТУС, 2006. – Вип. 42. – С. 215-223.

7. Яценко С.М. Теоретические исследования температуры поверхностного слоя детали при ее механической обработке // В кн.: Физико-математическая теория процессов обработки материалов и технологии машиностроения. В де-сяти томах. – Т.10. “Концепция развития технологии машиностроения”. – Одес-са: ОНПУ, 2005. – С. 124-159.

8. Новиков Ф.В., Яценко С.М. Новый упрощенный подход к расчету темпе-ратуры поверхностного слоя детали при ее механической обработке // Труды 11-й Международной научно-технической конференции. Физические и компь-ютерные технологии. – Харьков: ХНПК “ФЭД”, 2005. – С. 137-146.

9. Новиков Ф.В., Яценко С.М. Расчет температуры шлифования с учетом движения теплового источника вглубь поверхностного слоя обрабатываемой детали // Труды 12-й Международной научно-технической конференции. Физи-ческие и компьютерные технологии. – Харьков: ХНПК “ФЭД”, 2006. – С. 105-111.