Технологічне забезпечення формоутворення конічних і сферичних поверхонь в плитах та корпусних деталях

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ІВАНА ПУЛЮЯ

УДК 621.822.681

05.02.08 - технологія машинобудування

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ФОРМОУТВОРЕННЯ КОНІЧНИХ І СФЕРИЧНИХ ПОВЕРХОНЬ В ПЛИТАХ ТА КОРПУСНИХ ДЕТАЛЯХ

Левкович Михайло Геннадійович

Тернопіль - 2007

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Тернопільському державному технічному університеті імені Івана Пулюя Міністерства освіти і науки України

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Пилипець Михайло Ількович, Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя, завідувач кафедрою комп'ютерних технології в машинобудуванні.

доктор технічних наук, професор Гуліда Едуард Миколайович, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності МНС України,

професор кафедри фундаментальних дисциплін; кандидат технічних наук, доцент Денисюк Віктор Юрійович Луцький державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, доцент кафедри приладобудування.

Захист відбудеться "14" вересня 2007 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 58.052.03 Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя за адресою: 46001, м. Тернопіль, вул. Руська, 56.

Автореферат розісланий "14" серпня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Данильченко Л.М.

Анотації

Левкович М.Г. Технологічне забезпечення формоутворення конічних і сферичних поверхонь в плитах та корпусних деталях. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.08 - технологія машинобудування. - Тернопільський державний технічний університет імені Івана Пулюя. - Тернопіль, 2007.

У дисертаційній роботі здійснено наукові дослідження, спрямовані на підвищення точності та продуктивності оброблення сферичних та конічних поверхонь шляхом розроблення технологічних основ їх оброблення з виведенням аналітичних залежностей для визначення сили різання залежно від різних факторів і на цій основі проведено проектування оснащення, вимірювальних і різальних інструментів. Проведено розмірний аналіз пристрою для розточування сферичних поверхонь з визначенням проміжних і замикальної ланок розмірного ланцюга та їх допусків.

Виведені аналітичні залежності для балансування розточної головки дали можливість визначити параметри балансуючої маси для довільного випадку розміщення мас дисбалансу, що стабілізує технологічний процес і покращує якість оброблення. сферичний конічний різання

Розроблено комплексну методику, яка поєднує основні показники технологічних процесів виготовлення сферичних та конічних поверхонь і конструктивні параметри технологічного оснащення.

Розроблені нові конструкції технологічного оснащення, різальних та вимірювальних інструментів і методи їх розрахунку розширили технологічні можливості верстатів і забезпечили підвищення продуктивності праці на 18-26% з одночасним підвищенням якості продукції.

Ключові слова: технологічний процес, технологічне оснащення, розмірний ланцюг, сферичні та конічні поверхні, розточні головки, оправка.

Левкович М.Г. Технологическое обеспечение формирования конических и сферических поверхностей в плитах и корпусных деталях. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 - технология машиностроения.- Тернопольский государственный технический университет имени Ивана Пулюя. - Тернополь, 2007.

Робота посвящена вопросам повышения точности и производительности обработки сферических и конических поверхностей путем разработки технологических основ формообразования. Выведены аналитические зависимости для определения режимов резания, влияние на них различных факторов и на этом основании спроектировано снаряжения, измерительные и режущие инструменты. Проведен размерный анализ приспособления для растачивания сферических поверхностей с определением их параметров.

Первый раздел посвящен анализу приведенных в литературе результатов исследования технологических процессов формообразования сферических и конических поверхностей. Предложена классификация сферических и конических поверхностей по конструктивным и технологическим признакам. Сформулирована цель и задачи исследований.

Во втором разделе разработаны теоретические основы изготовления сферических и конических поверхностей. Исследовано формирование точности обработки сферических поверхностей, влияние режимов резания и параметров режущего инструмента на шорсткость. Выведены зависимости для расчета режимов резания. Исследовано влияние технологических факторов на процесс растачивания сферических поверхностей, а также конических поверхностей спроектированной расточной головкой. Произведены расчеты, необходимые для балансирования расточного приспособления.

В третьем разделе разработана программа и методика исследования процессов формообразования сферических и конических поверхностей. Спроектировано и изготовлено оснащение для исследования процессов формообразования. Проведены измерения технологических, силовых и конструктивных параметров в лабораторных и производственных условиях.

В четвертом разделе наведены результаты экспериментальных исследований, представлена графоаналитическая обработка результатов эксперимента.

В пятом разделе рассмотрены вопросы технологического обеспечения обработки сферических и конических поверхностей. Предложены конструкции оснащения, режущих и измерительных инструментов. Представлены расчеты эффективности использования технологических процессов, а также общей эффективности научно-технических разработок, представленных в диссертации.

Ключевые слова: технологический процесс, технологическое оснащения, размерные цепи, сферические и конические поверхности, расточные головки и оправки.

Levcovych M.G. Technological providing of conical and spherical surfaces forming in plates and basic parts . - Manuscript.

Dissertation for the Candidate of Science degree (Engineering) in speciality 05.02.08 - Technology of Mechanical Engineering.-Ternopil Ivan Pul'uj Technical University.- Ternopil, 2007.

There are scientific researches in the dissertation work, directed on the rise of exactness and productivity of spherical and conical surfaces treatment by technological bases development of these surfaces treatment with creation of analytical dependences of force determination of cutting that depending on different factors and planning of equipment, measuring and cutting instruments on this basis . The device's size analysis for boring of spherical surfaces is conducted with determination of intermediate and locking links of dimension chain and size of their admittances.

Analytical dependences of bore head balancing are revealed that gave possibility to calculate the parameters of balancing mass for the optional case of placing of the disbalance masses, that will stabilize a technological process and improves quality of treatment.

A complex method, which connects the determination of basic technological processes indexes of spherical and conical surfaces making and structural parameters of technological equipment is developed.

The new constructions of technological equipment, cutting and measuring instruments and methods of their computation are developed, that extended technological possibilities of devices and mechanisms and provided the 18-26% rise of labor productivity simultaneously with upgrading products.

Keywords: technological processe, technological equipment, dimension chains, spherical and conical surfaces, bore heads and arbors.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Сучасний стан розвитку машинобудування вимагає пошуку нових шляхів покращення експлуатаційних та технологічних параметрів деталей машин, технологічного оснащення, що дасть змогу покращити якість продукції, зменшити собівартість її виготовлення та ремонту. В машинобудуванні важливою є задача розроблення прогресивних технологічних процесів (ТП), прогресивного технологічного оснащення, різального та вимірювального інструментів і відпрацювання на технологічність конструкцій деталей з конічними та сферичними поверхнями, оскільки, останні мають широке практичне застосування в багатьох галузях техніки, металорізальних верстатів тощо. Виготовлення конічних і сферичних поверхонь корпусних деталей машин, пуансонів, матриць, характеризується важкими умовами перебігу процесу, низькою жорсткістю різальних інструментів і державок, а також поганим доступом до оброблюваних поверхонь. Оброблення цих поверхонь вимагає забезпечення точності геометричних параметрів, відхилення від сферичності, положення осі оброблюваних отворів відносно зовнішніх поверхонь, а також досягнення необхідної шорсткості поверхонь.

У зв'язку з цим, розширення технологічних можливостей, підвищення точності та продуктивності процесів оброблення конічних і сферичних поверхонь, розроблення технології їх виготовлення, технологічного оснащення, різального та вимірювального інструментів є актуальною задачею для машинобудівних і ремонтних підприємств держави.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Робота виконана відповідно до наукової тематики Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя і ВАТ "Тернопільський комбайновий завод" і є частиною загальної тематики "Розробка і дослідження ресурсо та енергозберігаючих технологій в галузі сільськогосподарського машинобудування (2002-2006рр.)" (№ державної реєстрації 0102U002299), а також координаційного плану Комітету з питань науки і техніки та Міністерства освіти і науки України з розділів "Машинобудування" (поз.43) "Високоефективні технологічні процеси в машинобудуванні" на 2002-2006 роки.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - розширення технологічних можливостей, забезпечення необхідної точності та продуктивності оброблення конічних і сферичних поверхонь на основі ресурсозберігаючих технологій.

Для досягнення мети в роботі поставлено наступні задачі:

- проаналізувати відомі технологічні процеси оброблення конічних і сферичних поверхонь та на цій основі удосконалити технології їх виготовлення;

- розробити теоретичні основи формоутворення сферичних і конічних поверхонь деталей машин на основі прогресивних технологічних процесів;

- на основі теорії розмірних ланцюгів розробити розмірний аналіз пристрою для розточування сферичних поверхонь з визначенням параметрів проміжних і замикальної ланок розмірного ланцюга та величини похибки;

- розробити математичну модель процесу розточування конічних поверхонь з визначенням силових та конструктивних параметрів процесу різання;

- теоретично обґрунтувати технологічні та конструктивні параметри пристроїв для розточування конічних та сферичних поверхонь;

- спроектувати і виготовити функціонально здатні зразки технологічного оснащення для розточування сферичних та конічних поверхонь, різальний і вимірювальний інструменти;

- провести комплекс експериментальних досліджень і розробити практичні рекомендації щодо вибору оснащення та раціональних режимів оброблення для виготовлення сферичних і конічних поверхонь;

- розробити інженерні методики проектування технологічних процесів, технологічного оснащення, різальних і вимірювальних інструментів для оброблення спеціальних отворів.

Об'єкт дослідження - прогресивні технологічні процеси виготовлення сферичних та конічних поверхонь.

Предмет дослідження - технологічне забезпечення формоутворення конічних і сферичних поверхонь.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проведено з використанням фундаментальних засад технології машинобудування, теорії різання, інформатики, теорії пружності та пластичного деформування, теоретичної механіки, інженерної творчості та теорії розрахунків економічної ефективності технічних рішень. Апробацію технічних можливостей розроблених програм і методик проведено методом комп'ютерного моделювання. Результати експериментальних досліджень одержано з використанням спеціально розробленого устаткування та спорядження й відомих сучасних засобів і тензометричних методів вимірювань. Статистичне оброблення експериментальних даних проведено з використанням прикладних програм для ПЕОМ.

Наукова новизна отриманих результатів:

На основі теоретичних досліджень:

- вперше виведено аналітичні залежності для визначення конструктивних параметрів оснащення для оброблення сферичних та конічних поверхонь, а також розмірів і допусків проміжних й замикальної ланок розмірного ланцюга;

- вперше розроблено модель процесу розточування сферичних та конічних поверхонь, яка дозволяє визначати раціональні силові та технологічні параметри;

- розроблено теоретичні основи технологічного процесу розточування сферичних поверхонь, виведено аналітичні залежності для визначення раціональних значень режимів різання і конструктивних параметрів технологічного оснащення;

- вперше встановлено межі раціональних конструктивних і кінематичних параметрів пристосувань з метою забезпечення раціональних режимів оброблення та якості поверхонь.

Практичне значення отриманих результатів:

- розроблено технологічне оснащення для виготовлення сферичних та конічних поверхонь;

- розроблено різальні та вимірювальні інструменти для заміру конструктивних параметрів сферичних та конічних поверхонь;

- розроблено, досліджено та обґрунтовано високопродуктивні способи виготовлення сферичних і конічних поверхонь;

- експериментально встановлено значення постійних складових сил різання для виготовлення сферичних поверхонь.

Окремі результати роботи впроваджено на ВАТ "Тернопільський комбайновий завод", ТзОВ "Ватра-Технопрес", ТзОВ "Таксопарк", ВАТ "Ковельсільмаш", і в навчальний процес підготовки фахівців освітньо-кваліфікаційного рівня бакалавр з напрямку 6.0902 "Інженерна механіка" для викладання дисциплін "Технологія машинобудування", "Сучасні технології в машинобудуванні", "Надійність і довговічність машин" на кафедрі технології машинобудування Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя. Технічну новизну розроблень захищено 11 деклараційними патентами України на винаходи.

Особистий внесок здобувача. Основні теоретичні та експериментальні дослідження за темою дисертаційної роботи виконано автором самостійно.

У працях, опублікованих у співавторстві, розроблено теоретичні основи процесу формоутворення [3, 4, 5], запропоновано конструкції, способи та технологічні особливості пристроїв [6, 7, 8, 9, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20] та результати експериментальних досліджень [2], також здобувачем запропоновані конструкції пристосувань і різальних інструментів [12, 13,]. Пристрої для розточування сферичних і конічних поверхонь здобувачем розроблено самостійно [1,10, 11].

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи доповідались і обговорювались на: науково-технічних семінарах і наукових конференціях Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя "Прогресивні матеріали, технології та обладнання в машино та приладобудуванні" (2001-2007); 4-ій Міжнародній науково-практичній конференції "Сучасні проблеми землеробської механіки" (Харків, 2003); Міжнародній науково-технічній конференції "Прогрессивные направления развития машино-приборостроительных отраслей и транспорта" (Севастополь, 2004). У повному обсязі робота доповідалась й отримала позитивний відгук на розширеному науково-технічному семінарі Тернопільського державного технічного університету імені Івана Пулюя.

Публікації. Результати наукових досліджень викладені у 20 друкованих працях (6 одноосібних), з яких - 9 статей у фахових виданнях, 11 деклараційних патентів на винаходи.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел і додатків. Загальний обсяг дисертації - 159 сторінок, в тому числі: 86 рисунків, 11 таблиць, список використаних літературних джерел із 117 найменувань та 6 додатків на 43 сторінках. Обсяг основного тексту дисертації - 132 сторінки.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету, об'єкт, предмет досліджень та задачі, які розв'язуються в роботі. Окреслено наукову новизну та практичне значення отриманих результатів. Наведено інформацію щодо апробації, структури та обсягу роботи.

В першому розділі проведено аналіз та узагальнення відомих наукових напрацювань і проблемних питань технології виготовлення сферичних і конічних поверхонь, обґрунтовано доцільність проведення досліджень та перспективність використання деталей, одержаних на їх основі.

Дослідженнями технологічних процесів виготовлення конічних і сферичних поверхонь та отворів займалися: П.А. Лінчевський, Т.Г. Джугерян, О.А. Оргиян, М.В. Чаругін, О.В. Єгоров, С.С. Фютті, В.І. Попов, О.О. Ілященко, О.П. Пукін, А.В. Собакін, Г.Д. Григорьян, О.Г. Дерев'янко, В.Г. Лепіхов, Ю.П. Холмогорцев, В.К. Смірнов, В.А. Остафєв, А.І. Пономаренко, Н.М. Еремеєва, С.Г. Лакірєв, В.К. Семінский, В.В. Лузін, П.В. Бронфін, И.А. Дружинський, Е.М. Гуліда, В.И. Шпорт, В.Ф. Кузьмін, В.Ю Денисюк, Б.Н. Марін, Р.Ю. Моргуліс, С.Г. Нагорняк, І.В. Луців, П.Д. Кривий, І.І. Брощак, І.Б. Гевко та ін.

На основі проведеного аналізу визначено наукові підходи та напрямки досліджень в якості вихідних для вирішення поставлених в роботі задач.

У другому розділі проведено розрахунок точності оброблення сферичної поверхні методом повної взаємозамінності шляхом використання послідовності розрахунків для вирішення зворотної задачі.

Записано основне рівняння розмірного ланцюга:

. (1)

Визначено середні відхилення полів допусків складових ланок:

, (2)

де ?S і ?L - відповідно верхнє і нижнє відхилення.

Середнє відхилення замикальної ланки дорівнює:

, (3)

де ?cзб, ?cзм - відповідно середні відхилення полів допусків збільшуючих і зменшуючих ланок; m, n - відповідно кількість збільшуючих і зменшуючих ланок.

Шорсткість оброблюваної сферичної поверхні формується траєкторією переміщення різального інструменту. Для опису траєкторії розглянуто рух різця у сферичній системі координат OШи.

Рівняння траєкторії руху визначено параметричними залежностями у сферичній системі координат:

r(t)=r; ; Ш(t)=щ t+Ш0. (4)

де r - радіус сфери, мм; и - кутове переміщення, мм; V- швидкість різання, м/хв; щ - частота обертання заготовки, с-1; ш - кутова довжина лінії різання, мм.

Записано рівняння у декартовій системі координат:

;

; (5)

,

де .

Отримано графічну залежність траєкторії розточування сферичних поверхонь.

Подача різця по дотичній до сфери є сталою і дорівнює:

. (6)

Приблизно такою ж буде висота профілю шорсткості отриманої сферичної поверхні. При зміщенні точки закріплення різця (точка О) у горизонтальному напрямку ?x (у площині повороту різця) радіус сфери збільшується (чи зменшується) на відповідну величину, проте сфера втрачає форму, перетворюючись на тороїд:

?R=?x. (7)

При вертикальному зміщенні ?y точки закріплення радіус отриманої сфери також збільшується на величину:

. (8)

В процесі розточування конічних отворів із використанням різцетримачів виникають вібрації, які негативно впливають на якість оброблення. Адже, з виникненням вібрації збільшується шорсткість оброблюваної поверхні та зменшується точність, що в подальшому призводить до негативних наслідків під час експлуатації. Тому, різцетримачі доцільно розміщувати у направляючих втулках з точними посадками. Так, як під час розточування конічних отворів різцетримачі розміщені під кутами, то розглянуто статичну рівновагу різцетримача у процесі точіння.

Після розв'язку рівнянь рівноваги та моментів відносно осей X, Y, Z, визначено зусилля в опорах втулки:

;

, (9)

де Paz, Pbz, Pay, Pby - відповідно реакції у точках A і B у проекціях на відповідні осі, H; Pm - реакція у шліцевому з'єднанні, яка створює протидію моменту сили різання Pz, Н; l - довжина оправи, мм; lb - довжина вильоту оправи, мм; P - величина зусилля на оправі, Н; б - кут конуса, град; d - відстань від центра розточної оправи до різальної крайки різця, мм; ro - радіус розточної оправи, мм;

la=lab+lb, мм,

де lab - довжина втулки, мм; Fay, Faz, Fby, Fbz - сили тертя від реакцій, Н.

Визначено величину зусилля, яке необхідно надати штоку для забезпечення процесу різання із заданими параметрами різцетримача та розточної головки:

, (10)

де м - коефіцієнт тертя між оправою та втулкою.

Критичний кут заклинювання дорівнює:

. (11)

В результаті досліджень встановлено, що кут заклинювання повністю визначається геометрією розточної головки та коефіцієнтом тертя. Різке збільшення кута заклинювання призводить до погіршення технологічного процесу і як наслідок - збільшення коефіцієнта тертя та зменшення довжини втулки

lab = la - lb.

Із формул також випливає, що зменшення довжини втулки різко збільшує реакції в опорах втулки, що спричинює збільшення осьової сили , сил тертя та зношування поверхні втулки.

Внаслідок несиметричності конструкції розточної головки під час процесу точіння із значними швидкостями обертання виникають незбалансовані радіальні сили інерції, які призводять до значних вібрацій верстата.

Для розрахунку параметрів балансуючого пристрою записано рівняння сил інерції маси дисбалансу та маси балансуючого пристрою.

Масу незбалансованої частини розточної головки записано як суму нерухомої маси Mdc з центром мас на радіусі Rdc та рухомої маси Mbr яка рухається на змінному в часі радіусі:

, (12)

де Rd0 - початковий радіус центра мас рухомої частини різцетримача, мм; S- вертикальна подача розточної головки, мм/об; щ - кутова швидкість обертання розточної головки, м/с; t - час, с; бd - кут конуса, град.

Радіуси балансуючої маси вибрані із конструктивних міркувань, а маси розраховано на основі визначених зусиль за залежностями:

; . (13)

На їх основі знайдено кут нахилу напряму переміщення балансу:

. (14)

Виведені формули дають можливість розрахувати параметри балансуючої маси для довільного випадку розміщення мас дисбалансу розточної головки.

Під час оброблення поверхонь жорстко закріпленим інструментом позиційне відхилення визначається геометричною точністю вузлів напрямлення інструменту та точністю їх взаємного розміщення, а також точністю розташування осей напрямних оснащення.

Комплексний вплив цих конструктивно-технологічних факторів призводить до геометричного зсуву осі пристрою ?ГЗО, відтискування ?ПВО, а також пружного зсуву ?ПЗВ напрямного вузла, що й визначає значення позиційного відхилення від номінального (теоретичного) положення:

?ЗМ =?ГЗО+?ПВО+?ПЗВ. (15)

Значення геометричного зсуву осі в її кінцевому перетині визначено параметрами інструментального налагодження й вузла напрямлення, розмірами зазору S1 у сполученні втулка-вісь, зазору S2 у з'єднанні втулка-корпус, ексцентриситетом ес внутрішньої й зовнішньої поверхонь змінної втулки, а також довжиною втулки lвт і вильотом осі lx за торець втулки до розглянутого перетину:

при , (16)

де дS1 - поле розсіювання зазору між втулкою і віссю; дS2 - поле розсіювання зазору між втулкою і корпусом; l1 - відстань від торця втулки до торця деталі; В - глибина оброблюваної поверхні (хід осі).

Вплив параметрів S2 і ес, заданих технічними вимогами виготовлення втулки враховано коефіцієнтом n1=1,15, тоді:

. (16')

У загальному вигляді поле розсіювання визначено полями допусків на діаметр отвору втулки й діаметром осі, а також мінімальним гарантованим зазором, тобто:

, (17)

де k1 - коефіцієнт відносного розсіювання випадкових величин; k1=1,1; дA1 - поле допуску на внутрішній діаметр втулки; дB1 - поле допуску на зовнішній діаметр осі (у розглянутому перетині); дBзвк - поле допуску на розмір напрямної частини осі від зворотної конусності; S1ГАР - мінімальний гарантований зазор у сполученні втулка-вісь.

Отримано рівняння тонкого розточування для випадку зведення зворотної конусності до мінімуму.

. (18)

Визначено поле розсіювання зазору від зворотної конусності:

, (19)

де дк - поле допуску на величину зворотної конусності, мм; дк= kmax- kmin -

- значення величини зворотної конусності k1, визначено на довжині 100 мм за проведеним розрахунком; lП - запас ходу осі:

lП=l0-(B+l1+lВТ+ln). (20)

Пружне зміщення вузла осі відбувається під впливом неврівноважених сил, що діють у діаметральному й осьовому його перерізах.

Неврівноважені сили з'являються в результаті зняття інструментом нерівномірного припуску:

, (21)

де t1, t2- відповідно максимальне і мінімальне зняття припуску, мм; ? ПР - позиційне відхилення оброблюваної поверхні на попередній позиції, мм; ?с - похибка параметра спадковості (спареності) двох технологічно зв'язаних позицій с1 і с2;

?с=с1 - с2; е - похибка встановлення заготовки, мм.

Визначено пружне відтиснення осі:

, (22)

де п 2 - коефіцієнт, який враховує поздовжній згин від сили ?Poc, п 2 = 1,26 - 1,30; Е - модуль пружності першого роду; J - осьовий момент інерції поперечного перерізу осі, J = Сd4; d - діаметр осі, мм.

Для осі із сталі 45 C=0,026; ?PR - рівнодіюча від неврівноважених радіальної ?Pr і тангенційної ?Pф складових сил різання:

. (23)

Для розточувального різця:

, (24)

де Sk - подача інструменту, мм/об; НВ - твердість оброблюваного матеріалу; у 1, у 2, з1, з2 - показники степеня, що залежать від умов оброблення; С 1, С 2 - коефіцієнти, що залежать від умов різання й геометричних параметрів інструменту.

Після підстановки отриманих значень (16), (22) у (15) з врахуванням ?ПЗВ та введенням коефіцієнта n3=1,2 - 1,4 отримано:

, (25)

де - обумовлена величина процесу різання,

.

Також досліджено технологічний процес зміцнення поверхневого шару оброблюваних отворів і вплив кінематики подачі та радіуса кульки на твердість нагартування. Виведено аналітичні залежності для визначення зусилля обкатування кульками і роликами та інших режимів оброблення.

У третьому розділі викладено програму та методику експериментальних досліджень розточування сферичних поверхонь.

Установка для проведення експериментальних досліджень складається з токарного верстату моделі 16К 20, самописця Н-338-4П та підсилювача 8АНЧ-7М. Зусилля заміряли методом тензометрування та здійснювали їх записи.

Обґрунтовано вибір конструктивних параметрів різців для розточування сферичних поверхонь. Обґрунтовано конструкцію пристрою для розточування сферичних поверхонь.

Дослідження проводились у три етапи за допомогою експериментальної установки. Перший етап - оброблення здійснювали для заготовок, виготовлених із сталі 45 (уB =750 МПа) інструментом із твердого сплаву Т 15К 6, другий етап - для чавунних деталей марки СЧ (НВ=190) твердосплавним інструментом ВК 8, третій етап - для заготовок з силуміну (уB =220 МПа).

На всіх етапах проводились дослідження впливу режимів різання на зусилля різання для діаметрів проточування 50 і 90 мм. Для оброблення сферичних поверхонь твердосплавними інструментами встановлено основні змінні фактори, які впливали на процес різання: частота обертання n =400 -1600 об/хв; глибина різання t =1 - 3 мм; подача S=0,05 - 0,3 мм/об.

В четвертому розділі наведено результати експериментальних досліджень виготовлення сферичних поверхонь. В процесі оброблення цих поверхонь визначали залежності зусилля різання від глибини різання, подачі та частоти обертання заготовки.

Аналіз шорсткості оброблення із зміною подачі здійснено за емпіричною залежністю:

, (27)

де бp і г - кути різця; rp - радіус при вершині різця, мм.

Отримано шорсткість поверхонь оброблення для чорнового розточування (S=0,3 мм/об, V= 62,8 м/хв, t = 3 мм, rp= 0,5 мм, бp =5°, г=-15°), яка дорівнює Ra=8,27 мкм, для чистового розточування (S = 0,05 мм/об, V = 250 м/хв, t = 1 мм, rp= 2 мм, бp = 13°, г = -15°) дорівнює Ra=1,35 мкм.

У п'ятому розділі наведено інженерну методику проектування та розрахунку технологічного оснащення і формоутворюючих інструментів для розточування сферичних та конічних поверхонь. Виведено і уточнено аналітичні залежності для визначення конструктивних і технологічних параметрів оснащення. Запропоновано конструкцію вимірювального пристрою який забезпечує контроль відхилень від конусності, лінійних розмірів оброблюваних поверхонь і шорсткості.

Запропоновано шляхи вдосконалення конструкцій спорядження для оброблення циліндричних отворів встановленням конічних опор і використанням радіальних і упорних підшипників для напрямлення інструментів, таке вирішення забезпечує підвищення надійності в роботі кондуктора та його довговічності.

Проведена оцінка ефективності розроблень, наведених у дисертаційній роботі, підтвердила підвищення ефективності оброблення складних поверхонь, конструктивно простішим за аналоги оснащенням з покращенням умов праці верстатників і використанням малокваліфікованих працівників. Оцінка науково-технічного рівня розроблень складає 8,5 бала. Економічний розрахунок річного (експлуатаційного) ефекту від використання пристроїв становить 171,5 тис. грн.

Висновки

У дисертаційній роботі на основі теоретичних і експериментальних досліджень, виконано узагальнення та показано нове рішення науково-технічної задачі формоутворення сферичних та конічних поверхонь із створенням відповідного технологічного спорядження, що дозволило розширити технологічні можливості існуючого обладнання. Комплекс науково-експериментальних досліджень послужив передумовою для створення технологій формоутворення таких поверхонь.

1. За результатами аналізу сучасного стану технології формоутворення сферичних та конічних поверхонь встановлено, що оброблення таких поверхонь супроводжується важкими умовами перебігу процесу внаслідок малої жорсткості різальних інструментів, поганим доступом до оброблюваних поверхонь. На даний час відсутні науково-обґрунтовані рекомендації параметрів оснащення та режимів оброблення таких поверхонь. Існуючі технології не забезпечують належного рівня технологічності та не відповідають техніко-економічним вимогам за питомими витратами матеріально-енергетичних ресурсів і якістю їх виготовлення.

2. Дослідженням на основі розробленої математичної моделі технологічного процесу розточування сферичних та конічних поверхонь встановлено основні закономірності, характер перебігу процесів взаємодії різця із заготовкою, вплив режимів різання та інших параметрів розточування на зміну сили різання. На цій основі розроблено технологічні процеси формоутворення сферичних і конічних поверхонь, що уможливило використання розробленої моделі для вибору оптимальних параметрів та режимів різання: глибина різання t=1-3 мм, подача S=0,05-0,3 мм/об, швидкість різання V=62-250 м/хв із шорсткістю Ra=1,35-мкм.

3. В результаті проведеного розмірного аналізу схеми пристрою обґрунтовано основні параметри точності операції розточування, конструктивні елементи технологічного спорядження і встановлено, що точність радіуса розточування складає ±0,07 мм, а відхилення осі сфери - 0,11 мм. Встановлено, що підвищення точності необхідно здійснювати регулюванням положення різця відносно центра заготовки.

4. Вперше виведені аналітично залежності для балансування радіальних сил інерції розточного пристрою, які призводять до значних вібрацій верстата, зменшення точності та підвищення шорсткості. Маса незбалансованої частини розточної головки визначена як сума нерухомої та рухомої мас, яка рухається на змінному в часі радіусі. Виведені аналітичні залежності дають можливість розрахувати параметри балансуючої маси для довільного випадку розміщення мас дисбалансу розточної головки, що стабілізує технологічний процес і покращує якість продукції.

5. Досліджено технологічний процес зміцнення (нагартування) поверхневого шару оброблюваних отворів і вплив кінематики подачі та радіуса кульки на твердість нагартування, що дало можливість встановити граничні значення швидкості обкатування (V=120 - 250 м/хв), їх вплив на експлуатаційні властивості оброблюваних деталей, зокрема, забезпечення точності та міцності, оптимізації геометрії профілю. Виведено аналітичні залежності для визначення зусилля обкатування кульками і роликами та інших режимів оброблення.

6. Запропоновано класифікацію способів розточування сферичних і конічних поверхонь деталей машин за технологічними та конструктивними ознаками з використанням відповідного обладнання і оснащення, інструментів, технологічних режимів формоутворення, що дало можливість розробити конструкції контрольних пристроїв для заміру конічних і сферичних поверхонь з точністю 0,05 мм, а також їх шорсткості та сформувати технічні вимоги до технологічного оснащення, різальних і вимірювальних інструментів для забезпечення точності за 5 - 8 квалітетом, шорсткості Ra= 0,2 -3,2 мкм.

7. Проведенні експериментальні дослідження спроектованого та виготовленого пристрою для розточування сферичних поверхонь радіусом 50-120 мм підтвердили можливість стабільного розточування сферичних поверхонь деталей із сталі, чавуну і алюмінієвих сплавів з наступними режимами: V=160 - 270 м/хв (сталь, чавун), V=300 - 600 м/хв (алюмінієві сплави) для подач S=0,05 - 0,3 мм/об і глибини різання t=1 - 3 мм, що сприяє підвищенню продуктивності оброблення на 28% та її якості.

8. Отримані наукові результати підтверджені експериментальними дослідженнями (максимальне розходження між результатами теоретичного аналізу та експериментів не перевищує 20%). Розроблено ресурсоощадні технологічні процеси формоутворення сферичних і конічних поверхонь. Створені конструкції конкурентноздатних пристроїв, інструменти багатопараметричного вимірювання геометричних розмірів сферичних та конічних поверхонь для різних типів виробництв з базуванням за зовнішнім і внутрішнім діаметрами, впровадження яких пройшло дослідно-промислову апробацію (підтверджені 3-ма актами та довідками) та передані для у виробництва на підприємствах України з сумарним річним економічним ефектом 171,5 тис. грн.

Список опублікованих автором праць за темою дисертації

1. Левкович М.Г. Пристрій для розточування конічних отворів // Матер. міжнар. наук.-техн. конф. студ., асп. та молодих вчених "Прогрессивные направления развития машино-приборостроительных отраслей и транспорта" Т.1.- Севастополь: Вид-во СевНТУ, 2004.- С.46-48.

2. Левкович М.Г. Результати досліджень розточування сферичних поверхонь // Матеріали 2-гої всеукраїнської конференції - семінару докторантів, аспірантів та по шукачів у галузі аграрної інженерії "Проблеми створення та технічної експлуатації машин і обладнання" - Кіровоград: КНТУ, 2007.- С.22-23.

3. Левкович М.Г., Брощак І.І. Дослідження технологічного процесу розточування сферичних поверхонь матриць технологічного оснащення // Наукові нотатки. - Луцьк: Ред. -вид. відділ ЛДТУ, 2005.- Вип. 16.-С.138-143.

4. Левкович М.Г., Стефанів С.В. Підвищення надійності і довговічності сферичних поверхонь. // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства "Механізація сільськогосподарського виробництва".- Випуск 51.-Харків: ХНТУСГ, 2007. - С.198-203.

5. Пилипець М.І., Левкович М.Г. Дослідження технологічного процесу зміцнення (нагартування) і залишкових напружень у приповерхневому шарі оброблюваних отворів // Збірник Житомирського державного технологічного університету "Процеси механічної обробки в машинобудуванні".- Вип. 3.-Житомир: ЖДТУ, 2006. - С.122-132.

6. Матвійчук А.В., Гевко І.Б., Левкович М.Г. Технологічне забезпечення розточування кільцевих канавок в корпусних деталях // Зб. наук. праць Кіровоградського державного технічного університету. -Вип. 12. -Кіровоград: Вид. відділ КДТУ. 2003.-- С.119-123.

7. Гевко Б.М., Дзюра В.О., Левкович М.Г. Технологічні особливості виготовлення індукторів для гартування деталей при відновленні і виготовленні. // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства. - Вип. 39. -Харків: ХНТУСГ, 2005. -С.116-120.

8. Гурик О.Я., Дзюра В.О., Левкович М.Г. Пристрій для заміру параметрів ріжучих інструментів тіл обертання при виготовленні і відновленні деталей сільськогосподарських машин. // Вісник Харківського національного технічного університету сільського. - Вип. 39. -Харків: ХНТУСГ, 2005. -С.111-115.

9. Губка Б.В., Левкович М.Г. Трибологічні основи проектування технологічного оснащення. // Наукові нотатки.-Луцьк: Ред.-вид. відділ ЛДТУ, 2006. - Вип. 18.-С.116-121.

10. Патент №66165 Україна, МПК В 23В 5/14. Пристрій для розточування конусних отворів / Левкович М.Г. -№2003087463; Заявл. 07.08.2003; Опубл. 15.04.2004; Бюл.№4. - 2 с.

11. Патент №14336 Україна, МПК В 23В 5/00. Пристрій для розточування сфер./ Левкович М.Г. - №200510457; Заявл. 07.11.2005; Опубл. 15.05.2006; Бюлю№5. - 2 с.

12. Патент №14306 Україна, МПК В 23В 51/06. Комбіноване свердло-розвертка / Левкович М.Г. - №200510160; Заявл. 28.10.2005; Опубл. 15.05.2006; Бюл.№5. - 2 с.

13. Патент №61352 Україна, МПК В 23В 49/02. Скальчастий кондуктор для свердління отворів в півмуфтах / Левкович М.Г. - №2003010128; Заявл. 03.01.2003; Опубл. 17.11.2003; Бюл.№11. - 2 с.

14. Патент №58947 Україна, МПК В 23В 49/02. Кондуктор для свердління отворів / Губка Б.В., Левкович М.Г. - №2002119495; Заявл. 28.11.2002; Опубл. 15.08.2003; Бюл.№8. - 2 с.

15. Патент №4285 Україна, МПК В 23В 5/14. Спосіб розточування матриць формувальних штампів / Гевко І.Б., Левкович М.Г. - №20040402781; Заявл. 15.04.2004; Опубл. 17.01.2005; Бюл.№1. - 2 с.

16. Патент №4731 Україна, МПК В 21Н 7/00. Розкатник / Матвійчук А.В., Губка В.В., Гевко І.Б., Левкович М.Г. - №2004010161; Заявл. 09.01.2004; Опубл. 15.02.2005; Бюл.№2. - 3 с.

17. Патент №64993 Україна, МПК G01В 3/20. Інструмент для заміру діаметрів отворів / Матвійчук А.В., Гевко І.Б., Левкович М.Г. - №2003043408; Заявл. 15.04.2003; Опубл. 15.03.2004; Бюл.№3. - 2 с.

18. Патент №14228 Україна, МПК G01N3/58. Інструментальний вимірювальний комплекс / Дзюра В.О., Левенець В.Б., Гевко І.Б., Левкович М.Г. - №200509470; Заявл. 10.10.2005; Опубл. 15.05.2006; Бюл.№5. - 4 с.

19. Патент №62619 А Україна, МПК G01В 3/20. Мікрометричний нутромір / Матвійчук А.В., Гевко І.Б., Левкович М.Г., Глух В.М. - №2003043408; Заявл. 15.04.2003; Опубл. 15.03.2004; Бюл.№3. - 2 с.

20. Патент №20284 Україна, МПК С 21D1/09. Індуктор для гартування деталей типу "тіл обертання" / Гевко І.Б., Брощак І.І., Дзюра В.О., Левкович М.Г. - №200608191; Заявл. 21.07.2006; Опубл. 15.01.2007; Бюл.№1.- 3 с.

Размещено на Allbest.ru

...