автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Оценка влияния точности базовых поверхностей сборного инструмента на показатели его качества (на примере токарных проходных резцов)

ВВЕДЕНИЕ. .5.

Глава I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ.

ПОСТАНОВКА. ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ .7.

1.1. Место инструмента в замкнутой системе СПИД . . . .7.

1.2. Анализ показателей качества режущего инструмента . Л4.

1.3. Анализ технических требований

1.4. Выводы по обзору и постановка задач исследования

Глава 2. РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ

КАЧЕСТВА СБОРНЫХ ПРОХОДЕШХ РЕЗЦОВ .Щ.

2.1. Описание стенда для производственной оценки качества сборного инструмента

2.1 Л. Система установки резца

2.1.2. Система нагружения резца

2.1.3. Измерительная ситема

2.1.4. Пневматическая система управления

2.1.5. Система управления стендом.

2.2. Результаты оценки качества сборных проходных резцов, полученные в производственных условиях (на заводе ХИЗ) на разработанном в исследовании стенде

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТОЧНОСТИ ИСПОЛНЕНИЯ БАЗОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДОЖАВОК РЕЗЦОВ НА ПОКАЗАТЕЛИ ИХ

КАЧЕСТВА .5.4.

3.1. Влияние качества изготовления опорной поверхности державок резцов

3.I.I. Методика паспортизации опорной поверхности державок резцов 3 " Стр.

3.1.2. Результаты паспортизации опорной поверхности державок резцов

§

3.1.3. Влияние исследуемых отклонений на статические и динамические характеристики резцов

3.1.4. Анализ экспериментальных данных .??

3.1.5. Проверка результатов исследования опытами с резанием

3.2. Влияние точности изготовления гнезд державок под опорные и режущие пластины .??

3.2.1. Методика паспортизации гнезд державок под опорные и режущие пластины.??

3.2.2. Результаты паспортизации опорных поверхностей гнезда державок . Л9?

3.2.3. Влияние исследуемых отклонений на статические и динамические характеристики резцов

3.2.4. Анализ экспериментальных данных

3.2.5. Проверка результатов исследования стойкоетными испытаниями

Глава 4. ВЛИЯНИЕ ТОЧНОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПОРНЫХ И РЕЖУЩИХ

ПЛАСТИН НА ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА СБОРНОГО ИНСТРУМЕНТА. Ш 4.1. Влияние качества изготовления опорных пластин

4.1.1. Методика паспортизации опорных пластин

4.1.2. Влияние исследуемых отклонений на статические и динамические характеристики узла крепления режущей пластины

4.1.3. Анализ экспериментальных данных

4.1.4. Проверка результатов исследования опытами с резанием

- 4

4.2. Влияние качества изготовления режущих пластин

4.2.1. Методика паспортизации режущих пластин .Л5Р

4.2.2. Влияние исследуемых отклонений на статические и динамические характеристики . .ХФ

4.2.3. Анализ влияния исследуемых отклонений на статические и динамические характеристики инструмента, его работоспособность .Д*

ВЫВОДЫ

Коммунистическая партия, Советское правительство неуклонно проводят курс на рост масштабов общественного производства, повышение эффективности всей хозяйственной деятельности в стране и качества выпускаемой продукции. На данном этапе развития новых типов металлорежущего оборудования, широкого применения промышленных роботов особое место занимает качество металлорежущего инструмента, так как его совершенствование определяет часто коренную перестройку технологического оборудования, стимулирует создание высокопроизводительного оборудования. Применение в промышленности сборного инструмента позволило значительно улучшить эксплуатационные свойства инструмента и уменьшить расход остродефицитных материалов.

Аттестация продукции по категориям качества стала одной из важнейших функций управления народным хозяйством, составной частью планирования и стимулирования научно-технического прогресса. В различных отраслях промышленности находят всё большее применение статистические методы регулирования технологических процессов и статистического приемочного контроля качества продукции. Повышение уровня качества инструмента - проблема охватывагацая большой круг вопросов конструирования и изготовления инструмента, разработки методов и средств технического контроля , форм активного воздействия на качество продукции. С метрологической точки зрения для повышения качества сборного инструмента важно знать какое влияние на его работу оказывают погрешности формы и расположения поверхностей деталей входящих в конструкцию инструмента. Современными требованиями и техническими условиями на сборный инструмент заложенными в стандартах недостаточно полно и не всегда обоснованно

- б регламентируются некоторые параметры, определяющие точность исполнения формы базовых поверхностей сборного инструмента.

В свете задач повышения качества выпускаемой продукции все большее значение приобретает проблема управления качеством. Проблема управления качеством представляет особый интерес в связи с такими общими задачами повышения эффективности производства, как стабилизация качества, снижение себестоимости, повышение надежности, экономия материальных и трудовых ресурсов. Необходимо существенное улучшение метрологического обеспечения производства, замена систем управления качеством, содержащих элементы субъективной , неколичественной оценки качества, количественными признаками.

Данная работа является составной частью исследований, проводимых кафедрой технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов УДН им. ПЛумумбы в рамках плана ГКНТ СССР и Госплана СССР по проблеме 0.16.08 ( Постановление ГКНТ и Госплана СССР № 427/248 от 12 декабря 1980 г.), в часности, по совершенствованию конструкций сборных металлорежущих инструментов, созданию методов неразрушаицего контроля и средств по неразрушагацему контролю качества сборных металлорежущих инструментов. Тема диссертации связана с тематикой научно-исследовательских работ кафедры (№№ Госрегистрации 0182.5048116 и 0184.0026003).

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю А.Д. Шустикову и всему профессорско-преподавательскому и учебно-вспомогательному составу кафедры за большую помощь, оказанную при выполнении данной работы.

ВЫВОДЫ

1. Отработан неразрушающий способ контроля качества сборных проходных резцов для производственных условий, защищенный авторским свидетельством. Способ контроля основан на измерении относительного смещения режущей пластины и державки при действии на режущую пластину силы определенной величины и ориентации, - иммити-рующей силы резания. Он не требует для своей реализации проведения трудоемких стойкостных испытаний.

2. Разработана конструкция стенда для предложенного способа контроля сборных проходных резцов. Учитывая производительность стенда, он может быть использован для статистического приемочного контроля качества сборных проходных резцов на инструментальных заводах.

3. С помощью разработанного стенда в производственных условиях было испытано более 2000 резцов. Результаты испытания обрабатывались на ЭВМ М - 4030. Установлено, разные выборки могут подчинятся различным законам распределения, что свидетельствует о сложном влиянии различных технологических факторов на контролируемую величину - относительное смещение режущей пластины, а следовательно и на стойкость инструмента. Законы распределения для выборок, отличные от нормального, близки к нему, но имеют асшметрию и эксцесс, отличные от нуля (например, закон Лапласа-йарлье). Важно, что стенд обеспечивает получение выборок, чувствительных (в статистическом аспекте) к особенностям и отклонениям технологического процесса изготовления сборных резцов. То есть стенд может быть использован для статистического регулирования технологического процесса.

4. Разработана методика паспортизации базовых поверхностей сборного инструмента с помощью специальных стендов и комплекса контрольно-измерительной аппаратуры. По сравнению с известными методами она позволяет более точно определять значение отклонения от плоскостности и выявлять вид рельефа исследуемой поверхности. Существенным отличием разработанной методики паспортизации является и то, что отклонения формы оцениваются в ней наибольшим расстоянием точек реальной поверхности от прилегающей плоскости измеренным по нормали к прилегающей плоскости в пределах нормируемого участка, что является одним из основных требований стандарта на форму и расположение поверхности.

5. При паспортизации опорных поверхностей державок впервые использован обобщенный показатель, характеризующий спектральный состав исследуемых профилей, - линейный интегральный спектральный показатель (ИСП). Установлено, что при малых значениях отклонения от прямолинейности величина ИСП характеризует фактическую линию контакта сопрягаемых поверхностей. Это позволяет объяснить различия в значениях статической и динамической податливостей державок инструмента при одинаковых величинах отклонения от прямолинейности опорной поверхности и перейти от качественной оценки формы поверхности к количественной.

6. Анализ результатов паспортизации опорных поверхностей державок резцов, их статических и динамических характеристик, выполненный с привлечением ЭВМ М-6000, выявил наличие тесных корреляционных зависимостей между этими характеристиками и величиной отклонения от прямолинейности опорных поверхностей державок. Эти зависимости носят экстремальный характер. При увеличении отклонения от прямолинейности свыше определенного значения растут и значения статических и динамических податливостей державок резцов, при этом увеличивается и амплитуда колебаний сборного инструмента на частотах, определяемых собственными частотами державок резцов.

Для исследованных державок, взятых с производства, после их контроля работниками ОТК завода, изменение шероховатости опорной поверхности в пределах I . 5 мкм не оказывало существенного влияния на показатели качества сборного инструмента.

7. Тесные корреляционные связи выявлены также между статическими и динамическими характеристиками сборного инструмента и макрогеометрией опорной поверхности гнезд державок. На характер этой связи большое влияние оказывают как величина отклонения от плоскостности, так и вид рельефа опорной поверхности гнезд державок.

8. Установлено, что для опорных поверхностей.опорных пластин увеличение суммарного значения отклонения от плоскостности приводит к увеличению максимального значения величины статической и динамической податливости. Вид рельефа опорных поверхностей опорных пластин оказывает влияние на разность между максимальными и минимальными значениями статической и динамической податливости при различных из возможных положений пластин в гнезде державки резца. Это приводит к нестабильности режущих свойств инструмента, что подтверждено специальными опытами.

9. Установлено, что для опорной поверхности режущей пластины увеличение значения отклонения от плоскостности и вид рельефа оказывает такое же влияние на статические и динамические характеристики как вид рельефа и суммарное значение отклонения от плоскостности опорных пластин.

10. Нестабильность режущих свойств сборного инструмента, (определяемая например, по ГОСТ 21492-76), обусловлена не только нестабильностью свойств инструментального материала, но и разбросам значений макрогеометрии опорной поверхности режущих пластин, что подтверждено опытами с резанием.

11. В технической литературе не удалось найти обоснования тем техническим требованиям на базовые поверхности сборного инструмента, которые заложены в ряде стандартов и заводских чертежах на инструмент. Выполненное исследование, повидимому, является одним из первых по данной проблеме, тем более что влияние макро- и микрогеометрии в работе на показатели качества сборного инструмента оценивалось в ней по разным методикам, на основе результатов анализа статических и динамических податливостей, а также резуль-. татов стойкостных испытаний. Поскольку никаких предварительных данных не имелось, то во всей выполненной работе использовались резцы, взятые непосредственно с инструментальных заводов. Вопросы моделирования макро- и микрогеометрии, исследования резцов с заданным, вполне определенным рельефом базовых поверхностей - важное направление вытекающее из результатов данной работы, но эти вопросы должны решаться в рамках отдельного самостоятельного иссле дования.

12. Рекомендуемые ГОСТ 21492-76 технические требования на отклонения формы базовых поверхностей державки не обеспечивают объективную оценку состояния контролируемой поверхности.

13. Рекомендуемые [30] приборы не могут обеспечить комплексную проверку состояния базовых поверхностей многогранных твердосплавных пластин, требуют для оценки неплоскостности опорных поверхностей применения нескольких приборов, высокой квалификации обслуживающего персонала и достаточно трудоемки.

14. Предложенная методика паспортизации базовых поверхностей, способ и стенд для оценки качества сборного инструмента может служить основой для разработки объективных, комплексных технических требований на сборный инструмент.

Практические рекомендации

I. О применении разработанного в исследовании стенда для производственного контроля сборных проходных резцов.

- В исследовании разработан стенд для производственного контроля качества сборных проходных резцов. Способ оценки качества сборного инструмента основан на измерении относительного смещения режущей пластины и державки при действии на режущую пластину силы определенной величины и ориентации; эта сила иммитирует действие силы резания.

- Способ относится к неразрушающим методам контроля качества продукции. Способ контроля и стенд защищены авторскими свидетельствами. Вся необходимая документация на стенд имеется на кафедре технологии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов У.Щ. Стенд полностью оснащен отечественной аппаратурой, легко встраивается в заводские системы контроля. Производительность стенда (60. 100 резцов в час), что для таких инструментальных заводов как ХИЗ позволяет осуществлять практически 100%, т.е. сплошной контроль сборных проходных резцов. Возможна дальнейшая автоматизация стенда, вплоть до съема и обработки данных с помощью ЭВМ, или при подключении к стенду, например, электронного реле модели 224 - селективная разбраковка выпускаемых резцов.

- Стенд позволяет надежно контролировать стабильность технологического процесса производства сборных проходных резцов. Для объективного определения допустимых относительных смещений режущей пластины необходимо установление связи между этими смещениями и другими кретериями, применяемыми в инструментальной промышленности для оценки работоспособности (надежности) инструмента.

Но эта проблема не представляет особых трудностей. Такой подход характерен для контроля многих видов промышленной продукции, он является основой таких областей науки как квалиметрия, стандартизация, средства технического контроля и т.п. Для исследованных в работе резцов относительное смещение режущей пластины не должно превышать 14 мкм при нагрузке 1500Н, действующей под углами 30° к плоскостям , т.е. допустимая Д2 статическая податливость режущей пластины для этих резцов составляет 9 ЛО"3 Ш

Н •

Увеличение податливости свыше этого значения приводит к нестабильной работе сборного резца (увеличению разброса режущих свойств), к заметному снижению стойкости инструмента.

С помощью стенда можно сборные резцы из группы отбракованных переводить в годные изделия, путем селективной подборки отдельных элементов, входящих в конструкцию резца.

2. Относительно технических требований на сборные проходные резцы, исследованных типоразмеров и конструкций.

- Значение величины отклонений от прямолинейности опорной поверхности державки резца не должно превышать 8 степени точности в сторону выпуклости (20 мкм) и II степени точности в сторону вогнутости поверхности ( 80 мкм) ГОСТ 24643-81 (СТ СЭВ 636-77). х)

Цифры в скобках указаны для данного типоразмера пластин, с целью облегчения сравнения рекомендуемых ограничений с го стиро ванными.

- Значение величины отклонения от плоскостности опорной поверхности гнезда державки не должно превышать 10 степени точности (20 мкм) при наличии выпуклости или извернутости поверхности и 12 степени точности (50 мкм) при наличии вогнутости ГОСТ 24643-81 (СТ СЭВ 636-77).

- Суммарное значение отклонения от плоскостности (для двух сторон в сумме) опорных поверхностей опорных пластин не должно превышать 7 степени точности (5 мкм) при наличии выпуклости или извернутости поверхности и 10 степени точности (20 мкм) при наличии вогнутости, по ГОСТ 24643-81 (СТ СЭВ 636-77).

- Значение отклонения от плоскостности опорной поверхности режущей пластины не должно превышать 7 степени точности (5 мкм) при наличии выпуклости или извернутости, 9 степени точности

12 мкм) при наличии вогнутости, ГОСТ 24643- 81 (СТ СЭВ 636-77).