Развитие экономики нашей страны и создание материально-технической базы коммунистического общества в первую очередь определяется темпами роста производительности труда во всех отраслях народного хозяйства СССР, в том числе и в машиностроении. Одна из проблемных задач машиностроительной промышленности — увеличение производительности обработки деталей машин при одновременном повышении точности и качества их изготовления.
В технологии машиностроения производительность обычно оценивается штучным временем, необходимым для получения годной детали. В состав штучного времени входит основное (машинное) время обработки, составляющее обычно большую часть штучного и зависящее от производительности процесса обработки. Для повышения производительности процессов механической обработки и управления ими требуется установление функциональных закономерностей между технологическими факторами, определяющими производительность и качество, главным образом точность обработки.
Основы такой связи разработаны в трудах кафедры технологии машиностроения Московского станкоинструментального института, посвященных проблеме повышения точности и производительности обработки на металлорежущих станках путем управления упругими перемещениями системы СПИД. Для расчета параметров управления требуется знание математических взаимосвязей между элементами режима резания (подачей, глубиной,’скоростью резания), определяющими производительность процесса, и рядом технологических факторов, ограничивающих ее. К последним чаще относятся точность формообразования готовой детали, качество обработки, допустимое силовое нагружение инструмента, привода станка. Большинство этих ограничений связано
1* 3 с допустимыми системой СПИД (в силу тех или иных технических требований) силами резания или их составляющими того или иного направления. Нередко увеличение сил и вызванное этим снижение производительности происходит в результате затупления инструмента.
Математическая формализация отдельных элементов этих связей, основанная на учете взаимодействия колебаний сил резания с точностью и качеством обработки, а также учитывающая физическую сущность процесса резания и пластического деформирования металлов, выполнялась в трудах многих советских и зарубежных ученых — Б. С. Балакшина, Н. Н. Зорева, В. А. Криво — ухова, Т. Н. Лоладзе, В. С. Корсакова, А. Я — Малкина, А. И. Исаева, Л. А. Глейзера, А. В. Подзея, Е. Н. Маслова, М. И. Клушина, А. М. Розенберга, П. И. Ящери — цына, С. Г. Редько, Г. В. Бокучавы, Л. В. Худобина, А. Н. Резникова, Б. И. Костецкого, В. Т. Мещерина, Г. А. Смирнова-Аляева, М. В. Сторожева, Э. Томсена и др. Работами этих ученых создана теоретическая база для установления общих функциональных связей между производительностью процесса и технологическими факторами, действующими непосредственно в период формообразования поверхностей детали. Такие общие зависимости оказываются необходимыми, во-первых, для расчета наиболее производительных программ управления процессами обработки, особенно на станках с числовым программным управлением, а также станках, оснащенных адаптивными системами автоматического управления и обрабатывающих станочных комплексов; во-вторых, для использования в нормативах по расчету режимов резания и норм основного времени. Выход таких зависимостей важен для любых процессов резания металлов, но особенно существенное значение они приобретают для финишных операций обработки, где формируется готовая деталь, в частности для операций шлифования, которыми зачастую обеспечивается конечное формообразование и качество детали.
Шлифование является основным способом чистовой обработки деталей машин. Шлифованием достигается высокая точность форм и размеров деталей, высокий класс чистоты обработанных поверхностей, что определяет их износостойкость, а следовательно, и качество машины. Очевидно, что прогресс машиностроения в известной мере зависит от возможностей получения более 4
точных деталей с более высоким классом чистоты поверхности и более износостойким поверхностным слоем.
При общей тенденции в машиностроении к уменьшению удельного веса механической обработки, а также в результате все более широкого применения высоколегированных и жаропрочных сталей и сплавов, обработка резанием которых затруднена, возрастает объем применения абразивных операций.
Однако, несмотря на значительный удельный вес шлифовальных работ (а их насчитывается свыше 30 разновидностей), процессы шлифования в различных технологических условиях являются еще недостаточно изученными по сравнению с другими видами обработки металлов резанием.
Производительность шлифования деталей, одинаковых по точности и качеству, но изготовленных из сталей разных марок, различна [14, 28, 29], обусловлена различной их обрабатываемостью шлифованием. Обрабатываемость шлифованием по производительности определяется обычно как средний съем металла за определенное время при неизменных технологических условиях обработки.
Однако, несмотря на такую большую разницу в производительности шлифования, нормативы режимов резания и норм основного времени на шлифовальные работы 137, 38, 40, 54, 55] или не учитывали ее совсем, или давали ошибочно малую разницу (на 30%) между конструкционными и жаропрочными сталями. Принятие в нормативах единого уровня режимов шлифования для сталей разного химического состава обусловило значительное занижение расчетных норм основного времени для сталей большинства марок.
Разные исследователи объясняют изменение производительности при шлифовании сталей различными причинами: для одних сталей — влиянием твердых карбидов, находящихся в структуре стали, для других — удельным содержанием аустенита, для третьих — определенными сочетаниями различных показателей механических свойств (например, вязкости и прочности). В работах не содержится единых точек зрения на причины большой практической разницы в производительности шлифования. Это может быть объяснено тем, что механические свойства сталей (прочность, твердость) не оказывают закономерного и однозначного влияния на производи
тельность процесса шлифования в отличие от процессов резания металлов металлическим инструментом.
Кроме того, экспериментальные данные получены при разных методиках шлифования с оценкой производительности по разным критериям, без учета точности обработки, износа кругов, при различном силовом воздействии, что делает невозможным их обобщение и использование в заводской практике и нормативах. Изучение результатов работ показало, что поставленная задача не может быть решена в общем виде, если продолжать исследования только на экспериментальном уровне, так как их результаты позволяют определить влияние тех или иных технологических факторов (в том числе и марок сталей) на производительность шлифования только для определенных условий, в которых проводился эксперимент.
Изменение сочетаний технологических факторов, которых в практике встречается множество, приводит к нарушению полученных зависимостей и рекомендаций. Особенно существенное влияние на изменение производительности может оказывать изменение точности обработки, которое обычно в экспериментах не учитывается. Это вызывает необходимость разработки теоретических основ общих функциональных взаимосвязей между производительностью шлифования разных сталей при одинаковой точности обработки и основными технологическими факторами, влияющими на производительность процесса.