Повышение эффективности технологических процессов гидроабразивной резки деталей (стр. 1 )

На правах рукописи

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ  ПРОЦЕССОВ ГИДРОАБРАЗИВНОЙ РЕЗКИ ДЕТАЛЕЙ

Специальность

05.02.08 –

Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ростов-на-Дону – 2017

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Донской государственный технический университет».

Научный руководитель	Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Технология машиностроения»  ФГБОУ ВО ДГТУ
Официальные оппоненты	Доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» ФГБОУ ВО «Орловский государственный университет им. » Кандидат технических наук, ведущий технолог АО «Конструкторское бюро химавтоматика»
Ведущая организация	ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет»

       

Защита диссертации состоится «26» декабря 2017 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.058.02 в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Донской государственный технический университет» г. Ростов-на-Дону, Ростовская область, пл. Гагарина, 1, ауд. – 252.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Донского государственного технического университета и на сайте www. donstu. ru

Автореферат разослан «__» __________ 2017 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета                                                

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

В настоящее время в авиационной и ракетно-космической промышленности идет активное освоение уже существующих и разработка новых летательных аппаратов (ЛА), отличающихся повышенными эксплуатационными требованиями, требованиями к надежности, долговечности и т. д. Известно, что в авиации преобладает мелкосерийное производство, а иногда и единичное. С целью уменьшения производственных затрат, а также расширения производственных возможностей ведётся модернизация парка оборудования оборонно-промышленного комплекса, а также внедрение прогрессивных технологий производства деталей летательных аппаратов. В единичном и опытном производстве изготовление штампованных и литейных заготовок не является рентабельным, в виду дороговизны изготовления технологической оснастки. Поэтому все чаще используют  заготовки в виде поковок, или путем вырезки приближенных по контуру деталей из толстолистовых плит.

Одним из наиболее современных и перспективных методов раскроя и получения готовых деталей является метод гидроабразивной резки. Широкие диапазоны обрабатываемых толщин материалов, возможность резки практически любых материалов, высокая производительность, получение высокого качества поверхности реза, возможность обработки сложной геометрии делает этот метод обработки наиболее востребованным в условиях современного производства ЛА, судостроения и т д. Отсутствие термического воздействия на материал, низкая сила резания, эрозионный характер разрушения не способствует развитию внутренних напряжений в зоне реза.

Процесс гидроабразивной резки сложный, недостаточно изученный, на результат которого влияет множество технологических параметров, таких как давление режущей струи, подача сопла, зернистость, твердость, расход абразива, расстояние от сопла до обрабатываемой поверхности, физико-механические характеристики обрабатываемого материала. Сложность проектирования технологического процесса резки заключается в выборе оптимальных режимов резания, при которых будет обеспечиваться заданное качество поверхностного слоя детали при наименьших затратах.

Наиболее значимый вклад в изучение технологии гидроабразивной резки внесли такие ученные как , , D. Arola, M. Ramulu, Y. Zhang, , J Chao, J. Zeng, и другие. В работах этих авторов исследовано влияние давления на качество поверхности реза, а также получения размерно-точностных характеристик получаемого изделия.

Помимо достоинств, есть и недостатки у данной технологии, одним из которых является неравномерность распределения шероховатости поверхности реза по глубине сечения, а также ухудшение качества при увеличении подачи сопла. Поверхность реза условно разделяют на зону гладкого и волнистого резов.

Анализ показал недостаточную проработку зависимостей для прогнозирования шероховатости поверхности реза от основных технологических параметров обработки (давление струи, зернистость, размер, расход абразива, физико-механические параметры материала и т д). Технолог на производстве сталкивается с трудностью определения не только шероховатости поверхности реза, но и размеров зоны гладкого и волнистого реза. Прогнозирование шероховатости поверхности позволяет определить требуются ли на детали чистовая обработка и какую величину припуска необходимо заложить под нее. Отсутствие комплексных многофакторных теоретических моделей формирования профиля шероховатости не позволяет выполнять оптимизацию процесса резки, с учетом требований заданной шероховатости.

Возможность оптимизации процесса резки по заданному значению шероховатости делает возможность практического применения результатов данной работы при разработке технологических процессов на ведущих предприятиях авиастроения, судо и общего машиностроения.

Цель работы заключается в повышении эффективности процесса гидроабразивной резки за счет оптимизации режимов обработки на основе разработки адекватной теоретической модели формирования шероховатости поверхности  на различных глубинах сечения реза.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Теоретические и экспериментальные исследования формирования профиля шероховатости поверхности реза в зависимости от параметров обработки и глубины сечения реза; Теоретические исследования образования зоны волнистого реза в зависимости от технологических параметров процесса; Разработка методического обеспечения прогнозирования качества поверхности реза; Разработка методики оптимизации технологического процесса гидроабразивной резки.

Объектом исследования являются технологические процессы  гидроабразивной резки листовых материалов.

Предметом исследования является процесс формирования требуемого качества шероховатости поверхности реза при гидроабразивной резке листовых материалов

Методологической базой исследований является определение технологических закономерностей гидроабразивной резки листовых материалов, на базе которых формируется шероховатость поверхности реза

Теоретической базой исследований являются теоретические основы технологии машиностроения, теория обработки деталей свободными абразивами, теория вероятности и математической статистики, теории трения и износа.

Эмпирической базой исследования являются современные методы изучения качества обработанной поверхности.

Научные результаты, выносимые на защиту:

Теоретическая зависимость влияния режимов гидроабразивной резки на шероховатость поверхности на различных глубинах  сечения реза; Методика прогнозирования качества поверхности реза; Методика и алгоритм оптимизации технологического процесса гидроабразивной резки по заданному значению параметра шероховатости поверхности реза.

Научная новизна. Получены количественные зависимости влияния режимов обработки и физико-механических свойств обрабатываемого материала на шероховатость поверхности реза. Получены регрессионные модели, описывающие формирование шероховатости поверхности реза для различных материалов по глубине сечения реза при изменении технологических параметров обработки (подача, расход абразива, глубина измерения шероховатости, толщина обрабатываемого материала). Получены зависимости формирования шероховатости на полимер-композиционных материалах (ПКМ), при обеспечении необходимых термо-физических свойств материала. Предложена методика и алгоритм оптимизации  процесса по наименьшей себестоимости реза с учетом заданных требований шероховатости.

Теоретическая значимость работы заключается в создании теоретической модели формирования шероховатости поверхности реза при гидроабразивной резке листовых материалов, на основе которой разработана методика оптимизации.

Практическая значимость работы. Разработан алгоритм расчета шероховатости поверхности по глубине сечения реза.  Разработана методика инженерных расчетов оптимальных параметров технологического процесса гидроабразивной резки, с целью снижения себестоимости реза, а также прогнозирования качества изготавливаемого изделия.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационная работа представляет собой новое решение актуальной научно-технической задачи повышения эффективности гидроабразивной резки толстолистовых материалов.

Содержание исследований соответствует специальности 05.02.08 «Технология машиностроения». Область исследования: №2 (технологические процессы операции, установы, позиции, технологические переходы и рабочие хода, обеспечивающие повышение качества изделий) и №5 (методы проектирования и оптимизации технологических процессов).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийских конференциях, конференциях с международным участием и международных симпозиумах:

Юбилейная конференция студентов и молодых ученых, посвященная 85-летию ДГТУ, г. Ростов-на-Дону, 2015 г. VI Всероссийская научно-техническая конференция молодых специалистов, посвященная 90-й годовщине образования , Уфа, 2015. Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации – 2015, г. Пермь. VIII Всероссийский межотраслевой молодежный конкурс научно-технических работ и проектов в области авиационной и ракетно-космической техники и технологий «Молодежь и будущее авиации и космонавтики», г. Москва, 2016г. Международный молодежный форум «Будущее авиации и космонавтики за молодой Россией», Рыбинск-Москва-Жуковский, 2017г. Международный междисциплинарный форум молодых ученных «Приоритетные направления развития науки, технологий, техники», г. Новосибирск, 2017г. Международная научно-практическая междисциплинарная конференция «Технологии, инновации и предпринимательство», г. Санкт-Петербург, 2017г.

Технологические рекомендации, разработанные на основании исследований, прошли промышленные испытания на предприятии РВПК ПАО «Роствертол» в г. Ростове-на-Дону.