автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технология обработки биконических сопрягаемых поверхностей

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Г" 1 О О Д Правах рукописи

• 1 ДЬК 1898

ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ БИКОНИЧЕСКИХ СОПРЯГАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Специальность 05.02.08 «Технология машиностроения»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 1998

Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Тульского государственного университета

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техни-

ки Российской Федерации, доктор технических наук, профессор A.C. Ямников

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Л.А. Васин; кандидат технических наук, директор предприятия «Технология-Холдинг» В.А. Масленников

Ведущее предприятие Государственное унитарное предпри-

ятие «Конструкторское бюро приборостроения» - ЦКИБ СОО (300041, г. Тула, Красноармейский пр., 17)

Защита диссертации состоится декабря 1998 г. в ^^часов в 9 учебном корпусе, ауд. 101 на заседании диссертационного совета К 063.47.01. Тульского государственного университета (300600 г.Тула, пр. Ленина, 92)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан УЗ ноября 1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. техн. наук, доц.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ . Актупльность темы: Надежность функционирования механических систем а условиях воздействия на. них ударно-импульсных нагрузок зависит от- стабильности работы фрнкпнонных амортизаторов удара, основным рабочим элементом которых является кольцевая пружина. Указанные амортизаторы, благодаря своей простоте и технологичности, кон-счрукшш, широко используются для гашения ударной нагрузки в тяжеловесных железнодорожных составах, шасси самолетов н орудийных системах, При этом воспринимаемое осевое усилие создает на рабочих конических поверхностях колец большие силы давления. На демпфирующие характеристики амортизаторов влияет большое число факторов, в числе которых: чувствительность к изменению основных геометрических параметров рабочих биконических поверхностей н условии трения на них за счет износа, коррозии, загрязнений н смазки. Основным требованием при изготовлении является получение геометрических параметров рабочих поверхностен ла кольцах идентичными по углу и форме. В частности увеличение кесошгадешш углов на конусах приводит к уменьшению работы преобразования отшзтнческон энергии удара в другие виды энергии. При несовпадении углов сопрягаемых конусов в 10'работа сил трения уменьшается с 60...70% До 35...45" ', полной работы, возрастает опасность появления на рабочих поверхностях колец зон, где величина контактных давлений намного превышает предельно допустимые, что,- в свою очередь, ведет к появлсн'По пластических' деформаций, вызывающих «схватывание» колец по рабочим поверхностям. Кроме того значительное влияние на нагрузочную способности амортизатора оказывает отклонение от соосности сссГг конических поверхностей' относительно общей .оси ¡сольца, вмзызаГощев появление изгибающих моментов.

.Изготовление Сиконнческих сопрягаемых поверхностен с высокими требованиями к точности их параметров по углу, форме и шероховатости поверхности (6-о;1 квалнтет; Па — 2,5 мкм) традиционными методами обработки возможно только с использованием прецизионного оборудования, обслуживаемого высококвалифицированными рабочими, и специального контрольного оборудования.

Проводимые на кафедрз «Технология машиностроения» ТулГУ ис-' следования I» направлении создания прогрессивных технологий обработки сопрягаемых поверхностей показали возможность обработки биконьче-ских поверхностей при одном закреплении заготовки (кольца).

В '.настоящей работе- предложен прогрессивный технологический • процесс изготовления бнконнч'еских сопрягаемых поверхностей, проведены исследования, обосновывающие получение кольцевых пружин с заданными функциональными характеристиками. Исследованы технологиче-

ские условия формирования регулярного микрорельефа на рабочих поверхностях колец. Разработана конструкция кольцевой пружины и способ создания регулярного микрорельефа на рабочих поверхностях пружины.

Актуальность исследований подтверждается участием в работах, связанных с выполнением гранта РФФИ №96-15-98-241 (№6604 ГРФ) «Прогрессивные технологические процессы формообразования сложных поверхностей и сборки высокоточных изделий».

Цель работы. Повышение эффективности работы фрикционных амортизаторов удара за счет технологического обеспечения заданной точности и качества сопрягаемых биконических поверхностей на кольцах.

Автор защищает:

1.Научно обоснованные технические и технологические решения, ус-, танавливающие взаимосвязь точности и режймов обработки финишных операций технологического процесса с эксплуатационными свойствами фрикционных амортизаторов удара.

2.Конструктивные меры, обеспечивающие требуемую жесткость и контактную прочность взаимодействующих биконических поверхностей. Разработанную новую конструкцию кольцевой пружины. .

3.Теоретически выявленные и экспериментально подтвержденные возможности улучшения геометрических характеристик качества и структуры рабочих сопрягаемых биконических поверхностей. Разработанный способ нанесения регулярного микрорельефа на обработанных биконических сопрягаемых поверхностях.

4.Методики сравнительного анализа способов обработки биконических сопрягаемых поверхностей. •

5.Математическую модель точности формы биконической поверхности при точении.

6.Метрологическое обеспечение качества изготовления колец амортизатора. Разработанный способ контроля биконических поверхностей на деталях.

Научная новизна заключается в выявлении погрешностей изготовления сопрягаемых биконических поверхностен на кольцах, наиболее влияющих на эффективность работы амортизатора (отклонение от соосности, несовпадение углов конусов, отсутствие регулярности микрорельефа), а также технологических факторов, вызывающих погрешности (погрешность базирования при переустановке колец, упругие деформации при закреплении колец, нестабильность процесса резания из-за износа инструмента), и в обосновании рациональных технологических, конструкторских и метрологических решений.

Практическая ценность результатов работы заключается в оптимизации параметров амортизаторов, схем и режимов обработки биконических поверхностей колец, позволяющих в совокупности улучшить сило-

вую характеристику фрикционного амортизатора и увеличить эффективность гашения удара на 15%.

Достоверность результатов достигалась использованием теоретически и экспериментально проверенных методов исследований, статистической обработкой полученных экспериментальных данных, опытно-промышленными испытаниями установки для обработки бнконнческих сопряженных поверхностен с предложенными технологическими режимами и схемами' обработки.

Л ппобит/а работу,;. Результаты проведенных'исследований докладывались и обсуждались па научно-технических конференциях ТулГУ в 1995-1998 гг.; на совещании «Проблемы теории проектирования и производства' инструмента», г. Тула,1995 г.; - на международных - научно-технических- конференциях: «Вопросы совершенствования технологических процессои механической обработки и сборки изделии машиностроения», г. Тула, 1996; «Современные проблемы машиностроения и технологический прогресс;», г.Севастополь, 1996; «100 лет российскому автомобилю. Промышленность п высшая 'школа», г. Москва, 1996; «Износостойкости машин», г. Брчнск, 1996; «проблемы повышения качества промышленной продукций», г. Брянск, 1998.

И растичреклд реализация. Для практической реализации технологического процесса обработки биконнчееккх сопрягаемых поверхностей разработана м ичготовпенп опьпно-промишяеннач установка на базе то-кзрно-вин горе того станка мод. / МбЗ, да которой эксперимента чыга ап-рг.бнро:ш1Ш основные схемы обработки Гшкоантесккх поверхностей.

Результаты Ьр'гнедеинцх исследований неппльзопзлнгь в госбюд-;ке1'ныч" рг.ботах. Вне.'«" тс.чиол'.ппо ггегьтлчд «ння ¡>:|ксш1"еских со- .

прягкемых ¡•or.w,pM:eí!r!e.l на кольцах фр:1!аи*о»шмх пчорткзагоров удара гфел'гокглкг'й гяхиа7сп;а я.гстьцгепик цен.-олцло сократить время обра-CoiKii бикрпнческих псгсрхкостсй з |пкз, тлу-игп. идентичные по размерам и по углу ск.:синчггх1'е сппртг:;?'.;;.5е поверхности аа внутренних ¡i наружных ;.с,"и:а:: и за асг утт улучш-лтъ демпфнруда/цуго спо-сссиость аморчпетора па 15%.

?iiSíUI!rüiíL'.'i Оспоп!!Ыв по'-о-^епил дцссепташш опубликованы'в 16 печатных работах, з ж "¡icjí/* три ттапл: на <>Способ гокарней обработки б(Псоцчческпх пог-вр_'Л!остеп» (?r:'20ó01! Í); на «Способ, контроля биконических .поверхностей па дсталт:»' (№2036910); на «Станок для обработки конических сопрягаемых поверхностен Í.Yq20"3332), и положительное решение на выдачу патента «Кслммпая нруясяна и способ создания регулярного микрорельефа на рабочих пок-р:-:чостмх колец пружины» (заявка №97115616/28). ' ■ '

. Структура и о(Ы»| работу. Диссертация состоят их введения, пяти глав, общих пьшодов, списка литературы ¡i приложения. Работа изло-

жена на 280 страницах, содержит 110 рисунков и 6 таблиц, список литературы из 133 наименований, прадожение на 7 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении обоснована актуальность работы, её цель и излагаются научные положения, достигнутые в ходе теоретических и экспериментальных исследований, выносимые на защиту-

Первая глава посвящена служебному назначению и функиональ-но-размерному анализу фрикционных амортизаторов удара. На основе анализа работ ряда ведущих отечественных 11 зарубежных ученых, а также представителей созданных ими научных щкол в областях повышения точности и производительности обработки деталей амортизаторов, их проектирования, конструкторского, технологического н метрологического обеспечения эксплуатационных свойств колец амортизаторов установлено, что . важнейшим показателем работы фрикционного амортизатора является его силовая характеристика с ее основным параметром - наибольшей силой в конце хода амортизатора. При этом лучшим считается амортизатор, способный воспринимать возможно большую энергию.удара при миннмаль-' ной силе. Кроме того, оценка достоинств амортизатора проводится с использованием коэффициента эф<| ективности.

Для повышения достоверности расчета силовых характеристик Лпикционного амортизатора разработана методика, учитывающая влияние нагруженного участка каждого' кольца амортизатора ко всей его ширине. При этом проведен анализ'влияния изменений каждого из геометрических параметров сопрягаемых поверхностей .на силовую характеристику амортизатора в пределах-варьирования этих параметров. Наибольшее влияние оказывают изменение угла скольжения а (половина угла конуса рабочей поверхности), изменение которого на 21% вызывает увеличение силы в конце хода в 1,3—2,8 раза, и изменение ошосшелыюю внешнего радиуса наружного кольца К], увеличение которого на 13% приводит к увеличению силы в конце хода амортизатора в 1,8..А,8 раза при уменьшении угла О. 01' 17° до 14°. С помощью указанных выше параметров можно существенно изменить вид силовой характеристики.

Кроме того выявлено, что эффективность работы амортизатора увеличивается при уменьшении коэффициента относительного перекрытия колец ЛГд и относительной осадки нружнны К^. Причем во всем диапазоне изменения Л'д 23 %) эффективность изменятся не более чем на 26%, а изменение относительной осадки нружнны 22%) вызовет изменение эффективности не более чем на 17%.

Исходя из изложенного, целью исследований явилась разработка комплекса научно-технических решении, позволяющих обеспечшь эффективность работы фрикционных амортизаторов, включающего в себя:

разработку и исследование финишных операций технологического процесса обработки биконических сопрягаемых Поверхностей на кольцах, усовершенствование конструкции амортизаторов за счет оптимизации строения и формы профиля микронеровностей сопрягаемых конических поверхностей.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Проведение сравнительного анализа возможных способов обработки биконических поверхностей;

■ 2: Исследование влияния функциональных параметров топографии поверхности сопряженных биконических поверхностей й их отклонений на изменение эксплуатационных свойств кольцевых пружин;

3. Экспериментальное исследование финишных операций технологического процесса;

4. Разработка технологической оснастки для реализации предлагаемого технологического процесса;

5. Разработка конструкции кольцевой пружины. •

Решению этих задач » посвящено настоящее исследование.

Вторая глава посвящена сравнительному анализу возможных способов обработки биконических сопрягаемых поверхностей. Предложена методика анализа, которая, оставляя в качестве критерия для оценки производительности отношение оперативных времен, предусматривает дифференцированный учет влияния основных и вспомогательных времен на относительную производительность сопоставляемых способов обработки. При этом ляп удобства анализа и его наглядности были введены безразмерные коэффициенты, характеризующие параметры кольца, параметры технологических перемещении и вспомогательное время.

Такие высокопроизводительные способы обработки как фрезерование J! шлифование не были включены в число сравниваемых по ряду кон-структо'.ско-технологических соображений, а включены следующие способы точения биконических поверхностен: точение с подачей вдоль образующей конической поверхности с промежуточной переустановкой заготовки; точение с осспой поцачей с промежуточной переустановкой заготовки; точение с тангенциальной круговой подачей с переустановкой заготовки; точение с подачей вдоль образующей конической поверхности с переустановкой инструмента. Последний из указанных способов разработан "а кафедре «Tcxhowi ич машиностроения» ТулГУ (Пат. №2060111 Спекоб токарш>п*юрабо1кч биконических поверхностей) и заключается в обработке одним резцом последовательно одной конической поверхности, а затем другой, причем резец переметают параллельно образующим конических поверхностей ч поворачивают его на-180° после обработки одной конической поверхности перед обработкой другой, а вершину рейсу-

к

щей кромки резца перемещают по окружности, радиус которой равен ра-

сти с переустановкой инструмента: а - для наружных колец; б -для внутренних колец. •

Предложенная схема реализуема как для внутренних, так и для наружных биконических поверхностей за один установ заготовки (кольца).

Проведенные с использованием изложенной выше методики расчеты доказали преимущество предложенного способа перед другими способами обработки биконических поверхностей, в частности, он дает возможность повысить производительность обработки более чем в 1,5 раза по сравнению с наиболее производительным из способов обработки - точением с осевой подачей широким резцом.

Кроме того, При анализе сравниваемых способов обработки учитывалось то обстоятельство, что производительность обработки ограничивается режимами, допускаемыми По условиям устойчивости процесса, и требованиями точности, характеризующимися технологической ■ жесткостью для оценки упругих свойств системы. Для рассмотренных схем ть-карной обработки самым «слабым» звеном является консольно закрепленный инструмент.

Сравнительный анализ деформаций инструментов в разработанном способе меньше, чем при точении широким резцом. Кроме того, проведенные расчеты свидетельствуют о предпочтительности использования разработанного способа токарной обработки по динамическим параметрам системы станка.

Третья глава посвящена исследованию влияния функциональных параметров топографии поверхности сопряженных биконических поверхностей и их отклонений на изменение эксплуатационных свойств кольцевых пружин. Нестабильность работы кольцевых пружин была исследована проф. Л.Н. Никольским, который отметил, что в результате износа или неточности изготовления биконических поверхностей на кольцах-изменяются геометрические параметры амортизатора, а также соответственно его

/

эффективность и силовые характеристики. Причем неравномерность износа является, в основном, следствием производственных погрешностей, зависящих от технологии изготовления и способствующих неравномерному давлению между поверхностями трения. Одной из основных технологических задач является достижение требуемого качества амортизаторов, определяемое совокупностью показателей точности биконических рабочих поверхностей колец: точностью размеров, форм, взаимного расположения и анизотропией этих поверхностей, которые являются результатом действия совокупности конструктивных и технологических параметров.

Рис. 2. Схема исследуемой системы обеспечения качества сопряженных поверхностей.

Использование принципа инверсии в разработанной схеме (рис. 2) обеспечения качества обработки позволило найти системный подход к оценке влияния технологических факторов на функциональную надежность фрикционных амортизаторов удара.

1. Оценка функциональной значимости влияния параметров топографии рабочих поверхностей иа работоспособность фрикционных амортизаторов удара.. •

2. Определение влияния параметров технологического процесса на точ- • носгь изготовления рабочих биконических поверхностей.

3. Установление связей между функциональными параметрами, их отклонениями на изменение эксплуатационных характеристик амортизаторов. .

4. Разработка объективной схемы контроля биконическнх поверхностей.

При монтаже приспособления на токарный станок вследствие наличия погрешности а установки вершины режущей кромки резца по высо-. те, а также /3 установки направляющих дополнительного суппорта относительно оси шпинделя станка имеет место отклонение профиля продольного сечения биконцческой поверхнрсти. Аналитически определенные погрешности формы не превышают величину Лв = 1,3 • 10"4ии для внутренней биконической поверхностии Лп - 1,5 • 10~4 мм - для наружной, что, в свою очередь, указывает на возможность получения идентичных до параметрам сопрягаемых биконических поверхностей- Ожидаемая погрешность формы 6 продольном сечении соизмерима с величиной шероховатости поверхности.

Как показывают эксперименты и расчеты, проведенные Н-Б. Дем-киным и И.В. Крагельекцм, наиболее удобной моделью, удовлетворительно описывающей свойства поверхности, является модель выступов в виде сферических сегментов, а исследования, проведенные Ю.Р. Зитенбергом, позволили предположить, что обработанная на. токарном станке поверхность при условии обеспечения достаточной жесткости технологической системы может быть представлена в виде систематической (периодической) составляющей, в основном, обусловленной "видом обработки, кинематической подачей, профилем режущих кромок инструмента,. а случайная составляющая, связанная с процессами, происходящими при пластической деформации материала при обработке, является незначительной (коэффициент случайности профиля ус не превышает величины 0,35...0,5).

. Используемая на практике дополнительно к количественной оценке профиля визуальная оценка расположения (или анизотропия) неровностей на поверхности является качественной оценкой, нормирование которой необходимо для получения высокой износостойкости детален. Исследования, проведенные А.П. Хусу, показывают, Что сочетание трущихся поверхностей с одинаковой анизотропией приводит к значшелышму повышению износа.

Аналитически определенные параметры систематической состав-, иякнцей профиля позволили рекомендовать использовать для токарной

и

обработки резцы с радиусом при вершине гр < 0,3 мм и относительную £

подачу — <1,99, где 5 - продольная подача резца на оборот. ГР

В процессе приработки вершины неровностей скругляются, и шероховатость получается с периодическим синусоидальным профилем. При указанных значениях Чр и получается профиль конических поверхностей, на которых можно прогнозировать хорршее проскальзывание при осевом перемещении колец амортизатора. При реальном взаимодействии колец происходит изменение площади их взаимодействия, т.е, площади, на которой осуществляется трение. Исследования, проведенные Ю.Г. Шнейдером, доказали целесообразность нанесения на трушихся поверхностях регулярного микрорельефа, который позволяет исключить «схватывание» трущихся поверхностей.

На кафедре «Технология машиностроения» ТулГУ был разработан способ создания регулярного микрорельефа (положительное решение по заявке № 97115616/28 РФ Кольцевая пружинки способ создания регулярного микрорельефа на рабочих поверхностях колец пружины). На конических поверхностях выдавливались канавки В виде винтовой линии таким образом, чтобы их расположение, составило к направлению рабочего пе-

3

ремещения сочетание углов на сопрягаемых поверхностях <р] — —Л и

4

1

Ф-> = - /Т. Причем использование постоянной подачи индентора вдоль

~ 4 •■'•,■.'.•'■■

оси кольца приведет к изменению величины угла подъема винтовой поверхности вдоль образующей конической поверхности, которое не превышает .3,5% на сравнительно небольшой протяженности конической поверхности. Поэтому целесообразно проводить настройку цепи продольных подач с ганка относительно среднего диаметра конической поверхности. Общая площадь канавок на сопрягаемых конусах связана с протяженностью винтового профиля и зависит от относительной высоты конуса. При этом увеличение радиуса в 4,8 раза вызывает максимальное изменение протяженности профиля в 11 раз, а изменение относительной высоты конуса в 3 раза вызывает .максимальное увеличение протяженности профиля и 3,5 рапа.

В основу обеспечения упругих деформаций контактирующих конических поверхностей положены зависимости, приведенные В работах Н.Б.Демкина и Э.В. Рыжова, учитывая, что для однородной поверхности относительная опорная длина tp равна относительной опорной площади,

И принимая во внимание исследования, проведенные А.Г. Сусловым, что

все параметры профиля поверхности корредируются с Иа, определим относительную опорную длину профиля шероховатости по средней линии . при точении в виде

*р ~ ®>007р2,15, (1)

где р -уровень сечения. •■-••. ^

Фактическая площадь контакта при сближении стыковых поверхностей, учитывающая закругление вершин неровностей при приработке и расположенная на уровне р = 30.. .40%, будет находиться в пределах 1р = 10,■49.„19,477%, т.е. в среднем (Рс = 15%.

Учитывая довольно стабильную регулярность микрорельефа при точении и допуская высоту неровностей И ~ Йи, а шаг неровностей / = 5, условие обеспечения упругой деформации определится выражением

5

где оу - предел текучести; Е - модуль Юнга.

</ - среднее давление на контакте, определяемую через контурную площадь контакта.

При этом условие упругой деформации контактирующих поверхностей определится зависимостью '

(Тт > ¿1,27 \ д , (2)

СТ-р

0,18 ■ Е ■ Р-л11 +./2 11а105

■ У ------"------------- • (3)

+ /-со£а)(Ла -2С п-Ь)-р

2,15

где а-символ. уклона;

/-коэффициент трения;

Аа - номинальная площадь контакта;

С- ширина канавки;

П- количество канавок;

Ь- длина канавки.

Осуществление проверки на функционирование одной из разновидностей фрикционных амортизаторов удара показало, что удельное Давление на рабочих поверхностях колец а ~ 700 МП а меньше, чем ат = 1200 МПа, что свидетельствует о том, что на приработанных кольцах исключается «схватывание» но рабочим поверхностям.

Бнконические поверхности колец амортизатора являются сложными обьектамн контроля. На кафедре «Технология машиностроения» ТулГУ бьи) разработан специальный способ контроля (Пат. №2086910 РФ, Спо-

соб контроля, биконических поверхностей на деталях), заключающийся в последовательной измерении параметров сначала одной поверхности, а затем другой. Измерительный преобразователь при измерении перемещают вдоль образующей, конической поверхности и перед измерением другой конической поверхности поворачивают его на 180 ° вокруг оси, совпадающей при повороте с общей осью конических поверхностей. Причем Поступательное движение преобразователя кинематически связано с поворотом детали вокруг базовой оси (рис. 3). Способ контроля пригоден как для наружных, так и для внутренних биконических поверхностей. Аналитически была исследована погрешность, возникающая из-за контроля конической поверхности щупом, выполненным в виде сферы. Наиболее существенное влияние на погрешность Измерения оказывает изменение величины смещения. При увеличении относительной величины смещения примерно в 10 раз погрешность увеличивается в 4,5 раза при меньшем '

Рис. 3. Способ контроля биконических поверхностей: а - внутренних поверхностей, б - наружных поверхностей; где 1 - зажимное приспособление, 2 - деталь, 3 - измерительный преобразователь, 4 - делительный механизм, 5-каретка. —

Полученные зависимости позволяют решать как прямую, так и обратную задачи при метрологическом обеспечении контроля биконических поверхностен по предложенному способу.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию финишных операций технологического процесса. Кольца амортизатора изготавливаются из стали 65С2ВЛ-Ш ОСТ 3-98-80 и подвергаются закалке до твердости НЯСЭ 49,0...53,0. Условия проведения финишной об-

работки колец оказывают большое влияние на состояние поверхности, ее структуру, микрогеометрию, определяющие, в основном, их износостойкость и усталостную прочность.

Для экспериментов был использован токарно-винторезный станок мод. 1М63, обладающий повышенной жесткостью. Сравнительные стой-костные испытания инструментальных материалов показали, что наибольшую стойкость во всем исследуемом диапазоне имеют резцы, оснащенные композитом 01, причем наибольшая стойкость соответствует скорости резания 705м/мин. РезцЫ имели слёдующую геометрию: передний угол у = —8 задний угол а = 200; углы в плане (р — (р1 = 45°; радиус при вершине г = 0,5 мм. Передняя и задняя поверхности резца доводились до получения шероховатости в пределах Ка = 0,63...0,32 мкм. Б соответствии с рекомендациями, приведенными в технической литерату-" ре, была выбрана величина подачи 50 = 0,1 мм/об, а глубина резания / = 0,2 мм.

Несмотря на относительно низкую стойкость резцов, изготовленных из твердых сплавов, для предварительной обработки Целесообразно использовать резцы из твердого сплава Т30К4 со следующей геометрией: передний угол у = —8°\ задний угол СС—б°; углы в плане (р - (р^45°; радиус при вершине Г ~2 мм; угол наклона режущей кромки Л = 0. Экспериментами были установлены следующие режимы резания: V = 70 м/мин; Б0 = 0,1 мм/об; ( = 0,2 мм.

Исследования влияния режимов обработки резцами, выполненными из композита 01, на шероховатость обработанной поверхности выявило, Что влияние на шероховатость обработанной поверхности меньше, чем влияние подачи, а глубина резания незначительно влияет на изменение шероховатости. Кроме того, было отмечено, что увеличение износа резцов , свыше 0,4 мм резко ухудшает качество обработанной поверхности, в связи с чем за критерий износа резца принята величина износа по задней поверхности Ь3 = 0,4 мм.

Исследование схем обработки биконичсских поверхностей продемонстрировало преимущество реализации цикла, в котором резец работает-попеременно режущими кромками, т.е. главная и вспомогательная режущие кромки при переходе от обработки одной конической поверхности к другой меняются местами. При этом стойкость резца оказалась выше на 27%, чем у резца, работающего одной и той же режущей кромкой.

При экспериментальном исследовании процесса формирования регулярного микрорельефа на рабочих поверхностях колец амортизаторов в качестве инструментов использовались инденторы с рабочей частью в виде .сферы. Используя рекомендации,приведенные в работах Ю.Г. Шней-

дера, для выдавливания применяли инденторы с малым радиусом сферы Нсф 1...2 мм, а обработку проводили со следующими режимами: круговая подача заготовки 8кр — 4,8 м/мин; продольная подача индентора 80 — 112 мм/об, которая обеспечивает получение на конической поверхности угла наклона винтовых канавок шп — 44,7°.

Исследование влияния усилия выдавливания на геометрические параметры регулярного микрорельефа позволило установить взаимосвязь между величиной площади поперечного сечения выдавленной канавки и технологическими параметрами процесса выдавливания. Исходя из обеспечения получения высоты наплывов /г,,, не превышающей величины среднего арифметического отклонения, регламентированного конструкторской документацией, было выбрано усилие выдавливания Р = 200 Н при использовании индентора с радиусом рабочей части Ясф = 1,5 мм.

Обработка проводилась при обильной смазке маслом И - 20.

Исследование точности действующего и предложенного технологических процессов обработки колец амортизаторов, базирующихся на одной и той же последовательности операций, кроме финишных, обусловило целесообразность, проверки на кольцах амортизаторов следующих параметров: отклонение, от параллельности торцев их поверхностей Лв; отклонеь'де угла конуса на каждой из рабочих конических поверхностей

42а-

Анализ данных но точности изготовления конических поверхностей по углу показал, что обработка колец по предлагаемой технологии позволяет уменьшить погрешность конус, более чем в 4 раза.

Кроме того, в предлагаемом технологическом процессе обработанные конические поверхности соосцы вследствие их обработки при одном закреплении кольца, а з действующем - гарантировано скрещивание осей у — 1,7' п пределах кольца, вследствие отклонения от параллельности торцев кольца. Эю обеспечит возникновение выворачивающего усилия-при р.нкие аморшзатора, неблаготворно сказывающегося на его функциональной нлде.киости. • -

ЮШ'УУ.^ШШ показано практическое использование результатов проведении»: чеорешческих н экспериментальных исследований для разработки прогрессивной технологии обработки биканических сопрягаемых поверхностей на кольцах амортизатора и усовершенствованной конструкции фрикционного амортизатора удара.

Для производств, изготавливающих сравнительно большую номенклатуру однотипных кольцевых пружин небольшими партиями в короткие сроки, целесообразно использовать быстро переналаживаемое

универсальное оборудование, изготовленное из узлов - модулей, выполняющих определенное функциональное назначение, что позволяет выбрать соответствующие базовые элементы в зависимости от размеров обрабатываемых колец.

При проектировании и изготовлении установки для токарной обработки бикопических сопрягаемых поверхностей был реализован модульный принцип конструирования технологической оснастки. Конструкция защищена патентом. №2083332 РФ, Станок для обработки конических сопрягаемых поверхностей. ■,.'•'

В состав установки входят: модернизированный токарно - винторезный станок мод. 1М63', дополнительный суппорт, устанавливаемый на поперечном суппорте станка; гидростанция с распределителем; зажимное устройство.

Модернизация токарно - винторезного станка заключалась и замене верхних салазок с резцедержателем дополнительным суппортом, каретка которою оснащена поворотной резцовой головкой.. Направляющие дополнительного суппорта разворачиваются на половину угла конуса обрабатываемой поверхности. Вылет резца настраивается непосредственно на станке по эталонному кольцу, диаметр которого райе» диаметру общего основания конических поверхностей.

Разработана модульная конструкция специального зажимного устройств?., в котором использованы цашц браслетного типа. Предсташтеп-иас усфонс1ви при зажиме не изменяют ¡краоиачалшо аадлшйе положение обрабатываемой детали в осером направлении, а сила згхимл об.геие-чииает надежное закрепление детали.

Для поворот ной резцоьоц Головин разработаны модульные конструкции речцедержтелей под .различите типы режущих инструментов. При агом донуск&лся переустановка реющей вставки ярн с.мекг вида оо-рабап.шаемой поверхности (внутренняя, наружна*), рСтугнпойка похчэ;;:е-шш режущей ,.ромкц инструмента' в радпалмюл! накраш;?;:цн 1; точная подстройка вершины, инструмента по ьыерте, обеспечиваете*, иад-гисноа закрепление 'инструмента. Режущие вставки механически крепятс») а рез-. цоьой головке, при этом разработаны две конструкции: одна - под те^рдо-сплавную режущую вставку, прсдггасла'ощучз собой цластинку -прямоугольного профиля, другая - под держцвочный резец круглого сечения, оснащенный композитом 01: Особенность последней из указанных конст-рукний - крепление вставки эш1ентрнковцм.великом специальной рднет-ру киии. При этом обеспечивается надежность закрепления воздействием, эксцентрика па вставку с двух сторон.

В связи с тем, что при работе твердосплавным инструментом воз-ццкаюг силы резания, значительно превосходящие по величине силы, ацз-лшичные при обрабогкеэльборовыми резцами, державка имеет снениаль-

ную вибро демпфирующую конструкцию, в которой при закреплении твердосплавной вставки в корпусе создаются напряжения растяжения, а в ориентирующем выступе - напряжения сжатия, что позволяет улучшить качество обрабатываемой поверхности.

Разработанные конструкции гидрофнцировашшх устройств для образования регулярного микрорельефа на биконических поверхностях устанавливаются в резцедержателе токарко - винторезного станка, и винтовые канавки получают при использовании кинематической цепи подач при резьбообразовании. Приведена методика расчета нараметров.цепи подач для общего случая.

На основании проведенных исследований была разработана конструкция кольцевой пружины (положительное решение по заявке №97115616/28, Кольцевая пружина л способ создания регулярного микрорельефа На рабочих поверхностях колец пружины), у которой на конусных поверхностях колец выполнен регулярный микрорельеф.в виде мно-гозаходион винтовой поверхности, направление которой на сопрягаемых биконических поверхностях колец противоположное.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 1( ВЫВОДЫ.

1. Разработаны и научно обоснованы новые технические и технологические решения важной задачи - повышения функциональной надежности фрнкиионных амортизаторов удара за счет высокой точности изготовления кольцевых пружин высокопроизводительным способом механической обработки.

2. На основе теории упругости и контактного взаимодействия конических сопрягаемых поверхностей колец амортизаторов аналитически исследована силовая характеристика кольцевой пружины с анализом влияния на нее изменений каждом из геометрических параметров указанных поверхностен л прелечзх варьирования этих параметров.

3. Изложена методика сравнительного анализа эффективности работы амортизатора, на основании которой доказано, что эффективность работы амортизатора увеличивается при уменьшении коэффициента относительного перекрытия колец и относительной осадки пружины Кр. Причем'во всем диапазоне изменения Кд 23%) эффективность изменяется не более чем на 269», а изменение относительной осадки пружины

22%) вызовет изменение эффективности не более чем на 17%.

4.'Экспериментально доказано, чю силовая характеристика штатного амортизатора имеет вид жесткой характеристики, а опытного - мягкой характеристики. При этом максимальное значение усилия в конце хода штатного амортизатора превышает заданное конструкторской документацией более чем на ¡"9%, а опытного - на 8%. ■

5. Предложена методика сравнительного анализа возможных способов обработки биконическнх сопрягаемых поверхностей, которая позволяет оценить возможные для применения процессы обработки по соотношению оперативных времен сравниваемых между собой способов.

6. Установлено, что наиболее рациональным (с точки зрения производительности обработки) является способ точения с подачей вдоль образующей конической поверхности с переустановкой инструмента. Он дает возможность повысить производительность обработки бикоиической поверхности более чем в 1,5 раза по сравнению с наиболее производительным из способов обработки точением с осевой подачей..

7. Выявлены и аналитически определены погрешности формьгбико-нических поверхностей в продольном сечении, свойственные предложенному способу обработки. Использование применяемых на практике средств измерения углов и линейных величин для установки на станке базовых-элемешов приспособления позволило обеспечить порешность обработки, не превышающую, величины Ад = 1,3 ■ мм . и

Лн = 1,5 ■ 10~4 мм для наружной бикоиической поверхности, что доказывает возможность получения идентичных lío параметрам сопрягаемых биконическнх поверхностей.

8. Предложена методика определения основных параметров топографии обработанной поверхности применительно к токарной обработке и рекомендовано использовать резцы с радиусом при вершине гр < 0,3 мм

и относительную подачу инструмента Ks < 1,99.

9. Экспериментально определено, что стойкость резцов, выполненных из композита 01 выше примерно в 4 раза стойкости резцов, выполненных из твердого сплава Т30К4. '

10. Показано, что стойкость резцов, работающих попеременно режущими кромками на 27% выше, чем у резцов работающих одной режущей кромкой.

11. Установлено, что для образования регулярного микрорельефа рс-'жимы обработки должны иметь следующие параметры: круговая подача

SKp — 4,8м/ мин; продольная подача инденгора S0 - 112мм/об;

усилие вдавлпванпя индентора с радиусом рабочей части RC(p —1,5 мм Р = 200 Н; обработка должна проводиться при обильной смазке маслом И — 20.. - .

12. Использование предлагаемой технологии обработки биконическнх поверхностей позволило обеспечить соосность рабочих конических поверхностей на кольце, а анализ данных по точности изготовления по уг-

лу показал, что обработка колец по предлагаемой технологии позволяет уменьшить погрешность угла конуса более чем в 4 раза.

13. Разработанный способ контроля биконических поверхностей позволил проводить измерение как наружных, так и внутренних биконических поверхностей с использованием одного и того же оборудования.

Аналитическое исследование возможностей предложенной схемы измерения показало, что свойственные ей погрешности не превышают величины Л = 8-10~4 мм.

14. На основании проведенных аналитических и экспериментальных исследований разработана конструкция кольцевой пружины, обладающая повышенной функциональной надежностью.

Основное содержание диссертации отражено в следующих опубликованных работах:

1.Мелай Е.А. Инструмент для обработки биконических поверхностей. //Тр. Тульского гос. тех. университета. /Исследования в области инструментального производства и обработки металлов резанием. - Тула: ТулГТУ, 1994. С. 32 - 36.

2. Мелай' Е.А. Токарный станок для обработки биконических поверхностей. //Тр. Тульского гос. университета /Автоматизированные станочные системы и роботизация производства.-'Гула: ТулГУ, 1996. С. 217-221.

3. Пат. №2060111 РФ, МКИ В23 В 5/38 Способ токарной обработки бико-ни"еских поверхностей. /A.C. Ямников, В.В. Игнатьев, Е.А. Мелай и др. (РФ).- №94020651/08; заявлено 02.06.94; Опубл. 20.05.96, Бюл. №14.-3 с.

4. ГТат. №2083332 РФ, MICH В 23 В 5/38, 41/06 Станок для обработки конических сопрягаемых поверхностен. /A.C. Ямников, Е.А. Мелай, В.В. Игнатьев и др. (РФ). - №95103343/02; Заявлено 07.03.95; Опубл. 10.07.97, Бюл. №19.-7 с.

5. Пат. №2086910 РФ, МКИ G 01 В 5/24 Способ контроля биконических поверхностей на детали. /A.C. Ямников, В.В. Игнатьев, Е.А. Мелай и др. (РФ).- №94020655/28; Заявлено 02.06.94; Опубл. 10.08.97, Бюл. №22.-3 с.

6. Положительное решение по заявке №97115616/28 РФ, МКИ F 16 F 1/34, В 24 В 39/00 Кольцевая пружина и способ создания регулярного микрорельефа на рабочих поверхностях колец пружины / A.C. Ямников, Е.А. Мелай, В.Б. Гнездовский и др. (РФ). - Заявлено 08.09.97.

7. Ямников A.C., Мелай Е.А. Прогрессивная технология обработки биконических поверхностей кольцевых пружин. //Тез. докл. совещ. 15-17 ноября 1995 /Проблемы теории проектирования и производства инструмента. - Тула: ТулГУ, 1995. - С. 51-53.

8. Ямников A.C., Мелай Е.А. Сравнительный анализ возможных способов обработки биконических поверхностен на кольцах амортизаторов. //Тез. докл. юбилейной международной научН.-1ехн. коиф. 23 - 25 сентября

1996 /Вопросы совершенствования технологических процессов механической обработки и сборки изделий машиностроения. - Тула: ТулГУ, 1996.-С. 36-37.

9. Ямников A.C., Мелай Е.А. Обеспечение функциональной надежности фрикционных амортизаторов удара технологическими методами. // Тез. докл. II - ой международной конф. Ч. 2. /Износостойкость машин. -Брянск, 1996.-С. 103.

10. Ямников A.C., Мелай Е.А. Оценка нестабильности работы фрикционных амортизаторов удара. //Тр. Тульского гос. университета /Прогрессивные методы проектирования технологических процессов, металлорежущих станков и инструментов. - Тула: ТулГУ, 1997. - С. 37.

11. Ямников A.C., Мелай Е.А. Пути совершенствования современных технологий обработки рабочих поверхностей кольцевых пружин. //Известия Тульского гос. университета. Машиностроение. Вып. 1. - Тула: ТулГУ, 1997. С. 3-6.

12. Ямников A.C., Мелай Е.А. Сравнительный анализ способов токарной обработки бнконических поверхностен фрикционных амортизаторов. //Тр. межвузовской науч.-техн. программы. /Ресурсосберегающие технологии машиностроения. - М., 1996. С. 98 - 102.

13. Ямников A.C., Мелай Е.А. Типизация технологических процессов обработки биконнческих сопрягаемых поверхностей. //Демидовские чтения. - Тула, 1996. С. 78 - 82.

14. Ямников A.C., Мелай Е.А. Обеспечение функциональной надежности фрикционных амортизаторов удара технологическими методами. //Тр. Пермского гос. тех. университета. /Управление качеством финишных методов обработки. -Пермь: ПГТУ, 1996. С. 191 - 195.

15. Ямников A.C., Мелай Е.А. Улучшение демпфирующей способности фрикционных амортизаторов удара технологическими методами. //Тез. докл. секции «Технология, оборудование и автоматизация заготовительного и механосборочного производства» 26 - 28 ноября 1996 г. /Международная науч.-техн. конф. «100 лет российскому автомобилю. Промышленность и высшая школа». -М: МАМИ, 1996. - С. 27 - 28.

16. Yamnikov A.S., Melay Е.А. The development of the manufacturing technology of the ring's frictional damper, //Тез. докл. международной науч.-техн. конф. 10-13 сентября 1996 г.Севастополь /Современные проблемы машиностроения и технологический прогресс. - Донецк: ДбнГТУ, 1996.-С.286.

Подписано в »e'iaib К.Н. Формат бумаш «1x84 1/16. Бумага тинофафскм № 2 Офсспшя печать. Усл. не», Д. . Усл. кр.-oiT. .Уч. им. л. 1,0

Тираж -fOO зка. Зака» ¿S? ,, ...

Тульский государственны» университет. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92. Редакциопио- издательский цещр Тульского государственною университета. 300600. г. Тула, ул. Г>о иииа, 151

if " ' / t /

V4 ^

£

ТУЛЬСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи^

tZftktacf

МЕЛАЙ ЕЛЕНА АЛЕКСАНДРОВНА

ТЕХНОЛОГИЯ ОБРАБОТКИ БИКОНИЧЕСКИХ СОПРЯГАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

Специальность 05.02.08 «Технология машиностроения»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор A.C. Ямников

Тула 1998

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.............................................................................. 6

1. Служебное назначение и функционально-размерный анализ

фрикционных амортизаторов удара........................................6

1.1. Обоснование актуальности задачи................................. 16

1.2.Методика определения силовой характеристики фрикционного амортизатора..............................................27

1.3.Исследование влияния геометрических параметров колец амортизатора на силовую характеристику..........................36

1.4.Исследование эффективности работы фрикционных амортизаторов удара.........................................................42

1.5. Экспериментальное исследование силовых характеристик .................................................................47

1.6. Выводы......................................................................5 2

1.7. Цель работы и задачи исследования.............................54

2. Сравнительный анализ возможных способов

обработки биконических сопрягаемых поверхностей.............56

2.1. Обоснование актуальности проблемы...........................56

2.2. Методика сравнения...................................................59

2.3 .Обработка точением.................................................... 67

2.3.1 .Точение с подачей вдоль образующей конической поверхности с промежуточной переустановкой заготовки. 68

2.3.2. Точение с осевой подачей с промежуточной переустановкой заготовки...............................................71

2.3.3. Точение с тангенциальной круговой подачей с промежуточной переустановкой заготовки.......................75

2.3.4. Точение с подачей вдоль образующей конической поверхности с переустановкой инструмента.....................80

2.4. Анализ эффективности применения различных способов обработки биконических поверхностей.............................. 84

2.5. Сравнительный анализ деформаций инструментов........99

2.7. Выводы..................................................................... 108

3. Исследование влияния функциональных параметров топографии поверхности сопряженных биконических поверхностей и их отклонений на изменений

эксплуатационных свойств кольцевых пружин.................... 110

3 .1.Состояние вопроса..................................................... 110

3.2. Системный подход к оценке влияния технологических факторов на качество изготовления биконических поверхностей.................................................................. 119

3.3. Исследование влияния технологической обработки на формирование топографии биконической поверхности...... 127

3.3.1. Анализ погрешностей формы, обусловленных погрешностями установки инструмента и суппорта по предложенному способу обработки................................ 127

3.3.2. Аналитическое исследование шероховатости конических поверхностей.............................................. 144

3.3.3. Исследование взаимодействия сопряженных конических поверхностей.............................................. 152

3.3.4. Исследование влияния регуляризации микрорельефов конических поверхностей на эксплуатационные свойства колец амортизаторов..................................................... 158

3.3.4.1. Теоретический анализ основных кинематических и геометрических параметров при образовании регулярных микрорельефов на поверхности колец............................ 159

3.3.4.2. Исследование взаимодействия шероховатых конических поверхностей с регулярным микрорельефом. 169

3.4. Метрологическое обеспечение функциональной взаимозаменяемости сопряженных биконических поверхностей.................................................................. 174

3.5. Выводы.................................................................... 186

4. Экспериментальное исследование финишных операций технологического процесса ............................................... 188

4.1. Экспериментальное исследование токарной обработки 188

4.1.1. Технологическая оснастка.................................... 188

4.1.2. Сравнительные стойкостные испытания инструменталных материалов........................................ 189

4.1.3. Исследование схем обработки биконических поверхностей................................................................ 195

4.2. Экспериментальное исследование процесса формирования регулярного микрорельефа на рабочих поверхностях колец амортизаторов.................................. 199

4.2.1. Технологическая оснастка.................................... 199

4.2.2. Экспериментальное исследование технологических параметров обработки при формировании регулярного микрорельефа на биконической поверхности.................. 203

4.3. Исследование точности технологического процесса обработки биконических поверхностей ............................ 208

4.4. Выводы.................................................................... 219

5.Реализация технологического процесса............................221

5 .1 .Модернизация станка и конструкция установки............221

5 .2.Конструкция зажимных устройств................................234

5.3. Конструкции резцовых головок...................................238

5.3.1. Конструкция резцовой головки с механическим креплением твердосплавной режущей вставки.................239

5.3.2. Конструкция резцовой головки с механическим креплением державочного резца круглого сечения,

оснащенного композитом 01 (10)....................................247

5.4 Конструкция инструментов для создания регулярного

микрорельефа на биконических поверхностях....................254

5.5. Конструкция кольцевых пружин.................................261

Заключение и общие выводы.............................................263

Список использованных источников...................................267

Приложения

ВВЕДЕНИЕ.

Надежность функционирования механических систем в условиях воздействия на них ударно-импульсных нагрузок зависит от стабильности работы фрикционных амортизаторов удара, основным рабочим элементом которых является кольцевая пружина. Указанные амортизаторы, благодаря своей простоте и технологичности конструкции, широко используются для гашения ударной нагрузки в тяжеловесных железнодорожных составах, шасси самолетов и орудийных системах. При этом воспринимаемое осевое усилие создает на рабочих конических поверхностях колец большие силы давления. На демпфирующие характеристики амортизаторов влияет большое число факторов, в числе которых: чувствительность к изменению основных геометрических параметров рабочих биконических поверхностей и условий трения на них за счет износа, коррозии, загрязнений и смазки. Основным требованием при изготовлении является получение геометрических параметров рабочих поверхностей на кольцах идентичными по углу и форме. В частности увеличение несовпадения углов на конусах приводит к уменьшению работы преобразования кинетической энергии удара в другие виды энергии. При несовпадении углов сопрягаемых конусов в 10' работа сил трения уменьшается с 60. ..70% до 35. ..45% полной работы, возрастает опасность появления на рабочих поверхностях колец зон, где величина контактных давлений намного превышает предельно допустимые, что, в свою очередь, ведет к появлению пластических деформаций, вызывающих «схватывание» колец по рабочим поверхностям. Кроме того значительное влияние на на-

грузочную способность амортизатора оказывает отклонение от соосности осей конических поверхностей относительно общей оси кольца, вызывающее появление изгибающих моментов.

Изготовление биконических сопрягаемых поверхностей с высокими требованиями к точности их параметров по углу, форме и шероховатости поверхности (6-ой квалитет; Яа — 2,5мкм) традиционными методами обработки возможно только с использованием прецизионного оборудования, обслуживаемого высококвалифицированными рабочими, и специального контрольного оборудования.

Проводимые на кафедре «Технология машиностроения»' ТулГУ исследования в направлении создания прогрессивных технологий обработки сопрягаемых поверхностей показали возможность обработки биконических поверхностей при одном закреплении заготовки (кольца).

В настоящей работе предложен прогрессивный технологический процесс изготовления биконических сопрягаемых поверхностей, проведены исследования, обосновывающие получение кольцевых пружин с заданными функциональными характеристиками. Исследованы технологические условия формирования регулярного микрорельефа на рабочих поверхностях колец. Разработана конструкция кольцевой пружины и способ создания регулярного микрорельефа на рабочих поверхностях пружины.

Актуальность исследований подтверждается участием в работах, связанных с выполнением гранта РФФИ №96-15-98241 (№6604 ГРФ) «Прогрессивные технологические процессы формообразования сложных поверхностей и сборки высокоточных изделий».

Основными положениями работы являются:

1.Научно обоснованные технические и технологические решения, устанавливающие взаимосвязь точности и режимов обработки финишных операций технологического процесса с эксплуатационными свойствами фрикционных амортизаторов удара.

2 .Конструктивные меры, обеспечивающие требуемую жесткость и контактную прочность взаимодействующих бико-нических поверхностей. Разработанную новую конструкцию кольцевой пружины.

3 .Теоретически выявленные и экспериментально подтвержденные возможности улучшения геометрических характеристик качества и структуры рабочих сопрягаемых бикони-ческих поверхностей. Разработанный способ нанесения регулярного микрорельефа на обработанных биконических сопрягаемых поверхностях.

4.Методики сравнительного анализа способов обработки биконических сопрягаемых поверхностей.

5 .Математическую модель точности формы бикониче-ской поверхности при точении.

6. Метрологическое обеспечение качества изготовления колец амортизатора. Разработанный способ контроля биконических поверхностей на деталях.

Научная новизна работы заключается в выявлении погрешностей изготовления сопрягаемых биконических поверхностей на кольцах, наиболее влияющих на эффективность работы амортизатора (отклонение от соосности, несовпадение углов конусов, отсутствие регулярности микрорельефа), а также технологических факторов, вызывающих погрешности

(погрешность базирования при переустановке колец, упругие деформации при закреплении колец, нестабильность процесса резания из-за износа инструмента), и в обосновании рациональных технологических, конструкторских и метрологических решений.

Практическая ценность результатов работы заключается в оптимизации параметров амортизаторов, схем и режимов обработки биконических поверхностей колец, позволяющих в совокупности улучшить силовую характеристику фрикционного амортизатора и увеличить эффективность гашения удара на 15%.

Достоверность результатов достигалась использованием теоретически и экспериментально проверенных методов исследований, статистической обработкой полученных экспериментальных данных, опытно-промышленными испытаниями установки для обработки биконических сопряженных поверхностей с предложенными технологическими режимами и схемами обработки.

Для практической реализации технологического процесса обработки биконических сопрягаемых поверхностей разработана и изготовлена опытно-промышленная установка на базе токарно-винторезного станка мод. 1М63, на которой экспериментально апробированы основные схемы обработки биконических поверхностей.

Результаты проведенных исследований использовались в госбюджетных работах. Внедрение в технологию изготовления биконических сопрягаемых поверхностей на кольцах фрикционных амортизаторов удара предложенной технологии изготовления позволило сократить время обработки биконических

поверхностей в 1,5 раза, получить идентичные по размерам и по углу биконические сопрягаемые поверхности на внутренних и наружных кольцах и за счет этого улучшить демпфирующую способность амортизатора на 15%.

На основании служебного назначёния и функционально-размерного анализа фрикционных амортизаторов удара установлено, что наибольшее влияние на силовую характеристику оказывает изменение угла скольжения а (половины угла конуса рабочей поверхности) и изменение относительного внешнего радиуса наружного кольца.

Исходя из вышеизложенного, для обеспечения работы амортизаторов был определен комплекс научно-технических решений, включающий в себя:

1. Проведение сравнительного анализа возможных способов обработки биконических поверхностей;

2. Исследование влияния функциональных параметров топографии поверхности сопряженных биконических поверхностей и их отклонений на изменение эксплуатационных свойств кольцевых пружин;

3. Экспериментальное исследование финишных операций технологического процесса;

4. Разработка технологической оснастки для реализации предлагаемого технологического процесса;

5. Разработка конструкции кольцевой пружины.

В соответствии с предложенной методикой сравнительного анализа возможных способов обработки биконических сопрягаемых поверхностей предусматривается использование относительной производительности, предусматривающей диф-

ференцированный учет влияния основных и вспомогательных времен сопоставляемых способов обработки, доказано преимущество разработанного способа точенич с подачей вдоль образующей конической поверхности с переустановкой инструмента (пат. №20601 1 1 РФ) перед другими способами обработки биконических поверхностей. Он заключается в обработке одним резцом последовательно одной конической поверхности, а затем другой, причем резец перемещают параллельно образующим конических поверхностей и поворачивают его на 180° после обработки одной конической поверхности перед обработкой другой, а вершину режущей кромки резца перемещают по окружности, радиус которой равен радиусу общего основания конических поверхностей. В частности, способ дает возможность повысить производительность обработки более чем в 1,5 раза по сравнению с наиболее производительным из способов обработки - точением с осевой подачей широким резцом. При этом предложенная схема реализуема как для внутренних, так и для наружных биконических поверхностей за один установ заготовки (кольца).

Кроме того, дополнительный анализ сравниваемых способов обработки с учетом допускаемых по условиям устойчивости процесса, и требований точности, характеризующихся жесткостью технологической системы подтвердил предпочтительность использования разработанного способа токарной обработки по динамическим параметрам системы станка.

На основе системного подхода к оценке влияния технологических факторов на функциональную надежность фрикционных амортизаторов удара решены следующие задачи:

1.Оценка функциональной значимости влияния параметров топографии рабочих поверхностей на работоспособность фрикционных амортизаторов удара. 2.Определение влияния параметров технологического процесса на точность изготовления рабочих биконических поверхностей.

3 . У становление связей между функциональными параметрами, их отклонениями на изменение эксплуатационных характеристик амортизаторов. 4.Разработка объективной схемы контроля биконических поверхностей.

Аналитически определенное максимальное значение погрешности формы в продольном сечении соизмеримо с величиной шероховатости поверхности и может не учитываться при рассмотрении функционирования амортизатора, доказывает возможность получения идентичных по параметрам сопрягаемых биконических поверхностей.

Исследования, проведенные Н.Б. Демкиным, И.В. Кра-гельским и Ю.Р. Витенбергом, при описании свойств сопрягаемых поверхностей позволили предположить, что обработанная на токарном станке поверхность при условии обеспечения достаточной жесткости технологической системы может быть представлена в виде систематической (периодической) составляющей, в основном, обусловленной видом обработки, кинематической подачей, профилем режущих кромок инструмента, а случайная составляющая, связанная с процессами, происходящими при пластической деформации материала при обработке, является незначительной.

В процессе приработки вершины неровностей скругляются, и шероховатость получается с периодическим синусоидальным профилем. Определены границы величины относительной подачи, характеризующей отношение продольной подачи к радиусу при вершине резца, при которых можно прогнозировать хорошее проскальзывание при осевом перемещении колец амортизатора.

На основании исследований Ю.Г. Шнейдера, доказавших целесообразность нанесения на трущихся поверхностях регулярного микрорельефа, разработан способ создания регулярного микрорельефа на рабочих поверхностях колец кольцевой пружины (положительное решение по заявке № 971 1 561 6/28 РФ), который позволил уменьшить износ поверхностей за счет выдавливания на конических поверхностях канавок в виде многозаходной винтовой линии таким образом, чтобы их расположение с