авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Повышение эффективности процесса механической обработки сложнопрофильных поверхностей литейных моделей из древесно-композитных материалов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

КРЕМЛЕВА Людмила Викторовна

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ процесса

механической обработки сложнопрофильных

ПОВЕРХНОСТЕЙ ЛИТЕЙНЫХ МОДЕЛЕЙ

ИЗ ДРЕВЕСНО-КОМПОЗИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.21.05 –Древесиноведение, технология и оборудование

деревообработки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Архангельск

2010

Работа выполнена в филиале «Севмашвтуз» ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский

государственный морской технический университет» в г. Северодвинске

Научный консультант: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Мелехов Владимир Иванович

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Памфилов Евгений Анатольевич

заслуженный деятель науки

республики Марий Эл,

доктор технических наук, профессор

Торопов Александр Степанович

доктор технических наук, профессор

Турушев Валентин Гурьянович

Ведущая организация - ОАО «Научно-исследовательское проектно-

конструкторское бюро «Онега»

(164509, Архангельская обл., г. Северодвинск, пр. Машиностроителей, д. 12)

Защита состоится « » июня 2010 г. в 10 часов на заседании

диссертационного совета Д212.008.01 при Архангельском государственном

техническом университете (наб Сев. Двины, 17, главный корпус, ауд.1228)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АГТУ.

Автореферат разослан « » мая 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук,

доцент А.Е. Земцовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современное производство сложнопрофильных изделий в специальном машиностроении характеризуется повышенными требованиями к точности форм и размеров рабочих поверхностей деталей и узлов машин, работающих в аэро-, гидро- или газодинамческих средах и обладающих значительными размерно-массовыми характеристиками. Это в полной мере относится к корабельным гребным винтам, являющихся основными движителями современных подводных и надводных судов и представляющих собой сложные крупногабаритные конструкции (до 12 м в диаметре) с рабочими поверхностями двоякой кривизны. Повышенные требования к точности изготовления и обработки таких изделий вызывают необходимость совершенствования технологий на всех этапах изготовления, начиная с получения литых заготовок с минимальными припусками и отклонениями формы поверхностей от формы номинальных поверхностей гребного винта. Точность изготовления литой заготовки для изделий с поверхностями сложной формы (ПСФ) при этом определяется качеством применяемой модельной оснастки, основой которой является литейная модель, изготавливаемая в абсолютном большинстве случаев для крупногабаритных изделий с ПСФ из древесины и древесно-композитных материалов.

Литейные модели сложнопрофильных изделий представляют собой сложные конструкции и имеют ПСФ, эквидистантно повторяющие поверхности готовых изделий. Технология формирования поверхностей двоякой кривизны у литейных моделей из материалов на основе древесины является серьезной научно-технической проблемой, связанной с необходимостью решения задач выбора рациональных режимов обработки, инструментального обеспечения, технологических баз, равномерного распределения минимального припуска на механически обрабатываемой ПСФ. Решение рассматриваемой проблемы следует проводить на стадии технологического проектирования операции механической ПСФ, которая практически может быть осуществлена методом многокоординатного фрезерования. При этом наиболее эффективным является применение принципа, основанного на совмещении подобия операции многокоординатного фрезерования ПСФ первоначально на литейных моделях, а затем на самих изделиях при сохранении единства технологических баз, позволяющим уменьшить наследуемые погрешности формы и размеров, материалоемкость и ресурсообеспечение технологического процесса. Однако процесс формирования ПСФ литейных моделей из материалов с анизотропией физико-механических свойств достаточно сложен и принципиально отличается от применяемых технологий обработки в машиностроении. Комплексность и многоплановость рассматриваемой проблемы вызывает необходимость проведения специальных исследований в этом направлении и обуславливает актуальность работы, которая эффективно может быть выполнена с применением методов математического моделирования процесса многокоординатного фрезерования ПСФ.

Цель и задачи работы. Целью работы является повышение эффективности технологического обеспечения формообразующей обработки ПСФ литейных моделей из древесины и древесно-композитных материалов на основе разработки и исследования математической модели процесса многокоординатного фрезерования поверхностей двоякой кривизны литейных заготовок из анизотропных материалов на основе древесины.

Задачи исследования:

  1. 1. Проанализировать и установить причинно-следственные связи технологических факторов и показателей процесса многокоординатного фрезерования поверхностей двоякой кривизны ортотропных материалов.
  2. 2. Теоретически проанализировать процесс кинематики формообразования открытых ПСФ на основе математического представления номинальной обрабатываемой поверхности и производящей поверхности фрезерного дереворежущего инструмента.
  3. 3. Разработать пространственно-геометрическую модель дереворежущего инструмента для многокоординатной обработки поверхностей двоякой кривизны.
  4. 4. Разработать расчетную модель кинематики резания при формообразовании открытых поверхностей двоякой кривизны методом построчного двухпараметрического огибания.
  5. 5. Научно обосновать и разработать концептуальную расчетную модель составляющих сил резания при многокоординатном фрезеровании анизотропных материалов.
  6. 6. Разработать динамическую модель технологической системы, воспроизводящую процесс многокоординатной обработки ПСФ заготовок из древесно-композитных материалов в частотно-временном пространстве.
  7. 7. Создать алгоритмическое, программное и методическое обеспечение расчетных методик, как программную реализацию математической модели процесса многокоординатного фрезерования поверхностей двоякой кривизны заготовок из древесины и древесно-композитных материалов.
  8. 8. Провести экспериментальные исследования процесса фрезерования древесины в установленном аналитически факторном пространстве, разработать методику проведения многофакторного эксперимента, обосновать выбор технологических и инструментальных средств их обеспечения.
  9. 9. Провести ранжирование основных технологических факторов процесса фрезерования древесины и установить закономерность их влияние на качество обработанной поверхности и динамические характеристики процесса.
  10. 10. Представить математическую модель процесса многокоординатного фрезерования поверхностей двоякой кривизны литейных моделей из древесно-композиционных материалов, разработать рекомендации по управлению технологическими режимами фрезерования ПСФ, выбору рациональных схем формообразования и срезания припуска. Провести производственную апробацию научно-обоснованных рекомендаций на операции многокоординатного фрезерования поверхностей двоякой кривизны литейных моделей заготовок для корабельных гребных винтов.
  11. 12. Провести производственно-технологическую проверку математической модели процесса многокоординатного фрезерования поверхностей двоякой кривизны заготовок из древесины и древесно-композитных материалов при разработке конструкций дереворежущего инструмента и технологических режимов фрезерования.

Методы исследования. Теоретические исследования выполнены на основе теорий векторного анализа, дифференциальной геометрии, теоретической механики, кинематики формообразования поверхностей, технологии процессов механической обработки конструкционных материалов, динамики станков. В экспериментальных исследованиях применен метод планирования эксперимента, математико-статистические методы обработки экспериментальных данных. Виброакустические эксперименты, регистрация и анализ результатов проведены с помощью цифровой виброизмерительной аппаратуры на созданной для проведения исследований экспериментальной установке.

Научная новизна

1. Научно обоснована и разработана комплексная математическая модель процесса многокоординатного фрезерования поверхностей двоякой кривизны литейных моделей из анизотропных материалов, позволяющая количественно оценивать уровень сил и вибраций элементов технологической системы в частотно-временном пространстве в зависимости от совокупности технологических факторов, определяющих условия резания.

2. Выявлена устойчивая корреляции между уровнем вибраций при фрезеровании древесины и шероховатостью обработанной поверхности.

3. Установлены закономерности влияния анизотропии физико-механических свойств различных пород древесины, режимов резания, конструктивно-геометрических параметров дереворежущих фрез на уровень вибраций при обработке и качество обработанной поверхности заготовок из древесины.

4. Разработана методика управления режимами фрезерования при многокоординатной обработке сложных поверхностей литейных моделей корабельных гребных винтов.

Практическая значимость. Методическое и программное обеспечение системы расчета и анализа составляющих сил резания и вибраций при многокоординатном фрезеровании поверхностей двоякой кривизны заготовок из анизотропных материалов, конструкции фрезерного инструмента используются на предприятиях деревообрабатывающего и машиностроительного комплекса предприятий Северного центра судостроения и судоремонта. Результаты исследований, методики расчета и управления технологическими режимами фрезерования, разработанные конструкции инструмента нашли практическое применение на предприятиях, ОАО “Томский инструмент”, ОАО “Белфрез”, ОАО "НОРДМЕКС". Разработано программное обеспечение, позволяющее обеспечивать принцип единообразия технологий для обработки ПСФ литейных моделей и литых заготовок при постоянстве технологических баз. Технические решения на конструкции фрез защищены патентом на изобретение.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на научно-технических конференциях и семинарах Севмашвтуза (филиала СПбГМТУ), Архангельского государственного технического университета, Московского государственного технического университета им. Н.Э.Баумана, Московского государственного технологического университета «Станкин», Российского университета дружбы народов, Северного (Арктического) Федерального Университета. Работа поддержана грантами Минобразования РФ "Разработка научных основ и экспериментальных неразрушающих экспресс-методов оценки качества сборного инструмента" (рег. № 97-24-9,5-520), "Разработка методики сквозного проектирования режущего инструмента с использованием средств CAD/CAM/CAE" (рег. № ТО2-06.6-366), грантом администрации Архангельской области "Разработка конструкций, технологии производства многолезвийного деревообрабатывающего сложнопрофильного инструмента для лесопромышленного комплекса» (рег. № Х-080-99).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 53 печатных работах, в т.ч. в 9 изданиях по перечню ВАК, в патенте на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, общих выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 297 страницах текста и содержит 106 рисунков, 31 таблицу, список литературы из 324 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена общая характеристика проблемы, ее актуальность.

В первой главе приведен аналитический обзор научно-технических исследований в области совершенствования технологий изготовления изделий с поверхностями сложной формы (ПСФ). В общем и специальном машиностроении существует относительно ограниченная номенклатура деталей, имеющих сложные поверхности иррегулярной формы, описываемых в виде дискретного параметрического каркаса кривых-сечений и функционирующих, как правило, в гидро- и аэродинамических средах. К типичным представителям таких изделий в судостроении относятся гребные винты (рис.1), габаритные размеры которых могут достигать 12 м, а требования к точности размеров, форме и качеству ПСФ повышены (таблица 1). Судовой гребной винт представляет собой систему крыльев-лопастей, закрепленных на ступице и имеющих винтовые рабочие поверхности переменного радиального и аксиального шага.

 Рисунок 1- Общий вид изделия с ПСФ: а)-0

Рисунок 1- Общий вид изделия с ПСФ: а) номинальная геометрия лопасти гребного винта; б) гребной винт в процессе обработки.

Таблица 1- Точность размеров гребных винтов диаметром свыше 1 м с по ISO 484 (ГОСТ 8058)

Параметры Допуски для винтов класса точности
особого Высшего
Радиус, R От ±1,0 мм до ±0,15 %
Шаг лопасти От ±7,5 мм до ±0,75 % От ±10 мм до ±1 %
Шаг винта От ±1,0 мм до ±0,15 % От ±7,5 мм до ±0,75 %
Длина сечения От ±1,5 мм до ±0,75 % От ±2,0 мм до ±1 %
Толщина сечения -1 % -1,5 %
Положение лопасти вдоль оси винта в точках 0,5R и 0,95R От ±5,0 мм до ±0,5 % От ±10,0 мм до ±1 %


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.