автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Повышение эффективности операций доводки глубоких прецизионных отверстий малого диаметра и совершенствование конструкций разжимных притиров

ВВЕДЕНИЕ

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Краткая характеристика современной технологии обработки прецизионных отверстий

1.2. Выбор направлений исследования.

1.3. Обзор исследований, проведенных в области расчета притиров для обработки цилиндрических отверстий

1.3.1. Анализ типовых конструкций притиров и доводочных оправок.

1.3.2. Выявление путей совершенствования конструкций притиров.

1.3.3. Обзор проведенных исследований по расчету притиров.

1.4. Обзор исследований, проведенных в области оптимизации технологических процессов

1.4.1. Основные направления оптимизации технологических процессов.

1.4.2. Моделирование операций технологического процесса

1.4.3. Моделирование электрохимической доводки

1.4.4. Оптимизация технологических процессов

1.4.5. Особенности оптимизации технологических процессов обработки деталей, содержащих прецизионные отверстия.

Решениями ХХУ1 съезда КПСС предусмотрено опережающее развитие машиностроения - основы технического перевооружения всех отраслей народного хозяйства. В одиннадцатой пятилетке предусмотрен рост продукции этой отрасли не менее чем в 1,4 раза. В связи с этим первоочередными являются задачи внедрения в производство различных прогрессивных технологий, высокопроизводительного оборудования и технологической оснастки. Здесь особую важность представляет проблема совершенствования технологических процессов окончательной обработки, изыскание и внедрение новых прогрессивных методов финишных процессов, обеспечивающих необходимую высокую точность и качество обработанных поверхностей деталей машин. Это в полной мере относится к технологическим процессам обработки деталей гидро- и пневмоаппаратуры, содержащих глубокие прецизионные отверстия малого диаметра (диаметром 8.12 мм, глубиной более четырех диаметров). Указанная проблема приобретает особую значимость и в связи с тем, что в текущей пятилетке предусмотрено увеличение выпуска топливной аппаратуры к дизельным двигателям автомобилей в 1,9 раза.

Типичными примерами таких отверстий являются центральные отверстия в плунжерных втулках рядного топливного насоса дизельного двигателя, во втулках цилиндрических золотниковых распределителей гидроаппаратуры и т.п. К ним предъявляют очень высокие требования по точности геометрической формы и шероховатости отверстия, несколько менее жесткие требования предъявляются к точности диаметральных размеров. Например, в соответствии с ГОСТ 9927-71 колебания погрешностей геометрической формы поверхности центрального отверстия во втулке плунжера не должны превышать 0,001 мм, а стандартом СТ СЭВ 301-76 предусмотрены еще более жесткие требования - 0,0005 мм. Допуски диаметральных размеров назначают в пределах 0,02,.,О,03 мм*

Для обеспечения требуемой точности на предприятиях используют различные варианты технологических процессов. Характерным для них является то, что окончательная обработка прецизионных отверстий осуществляется преимущественно методами доводки за 3-5 операций. Трудоемкость доводки составляет до 60/2 от общей трудоемкости изготовления детали. Состояние технологии доводки характеризуется высокой трудоемкостью, низкой производительностью, значительным удельным весом ручного труда, низкой стабильностью. Поэтому она не отвечает условиям современного автоматизированного производства. Следовательно, вопросы повышения эффективности операций доводки прецизионных отверстий являются актуальными.

Для повышения эффективности операций доводки в данной работе были поставлены и решены задачи: разработка методики определения параметров цилиндрических разжимных притиров, разработка методики выбора оптимального варианта технологического процесса доводки, доказана возможность использования электрохимической притирки для чистовой обработки прецизионных отверстий.

При решении этих задач был проведен ряд теоретических исследований, Они позволили выявить то обстоятельство, что эффективность операции притирки, определяемая интенсивностью исправления погрешностей геометрической формы, существенным образом зависит от совместной жесткости системы "притир - оправка". Это дало возможность определить основные направления совершенствования конструкций разжимных притиров. Для выбора оптимальных вариантов операций доводки разработана методика, учитывающая особенности достижения выходных значений размерных параметров при доводке.

Результаты работы внедрены на производственном объединении "Челябинский тракторный завод им. В.И.Ленина".

На защиту выносятся следующие основные положения: расчетные схемы для определения величин силовых факторов, возникающих при разжиме притиров; методика определения величин размерных параметров притиров, гарантирующих их работоспособность при заданных условиях; метод построения моделей процессов доводки с использованием лимитирующего параметра; методика выбора оптимального варианта технологического процесса доводки прецизионных отверстий; результаты экспериментальных исследований; новые конструкции разжимных притиров, обеспечивающих повышение интенсивности исправления погрешностей геометрической формы отверстий.

Диссертация выполнена в рамках комплексных работ "Исследование и создание высокопроизводительных инструментов для обработки типовых деталей отрасли в условиях автоматизированного производства", проводимых кафедрой "Металлорежущие станки и инструменты" Челябинского политехнического института имени Ленинского комсомола в соответствии с приказом Минвуза и МОП № 434/133 от 10 октября 1974 года, а также в рамках научно-исследовательской работы "Исследование методов назначения и оптимизации допусков на размеры и параметры изделий по критериям надежности и разработка основных направлений стандартизации" по теме 1.09.03.03 программы стандартизации по надежности, прочности и износостойкости на 19811985 гг. и на период до 1990 г.

I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1Л* Краткая характеристика современной технологии обработки прецизионных отверстий

Глубокие прецизионные отверстия малого диаметра (8.»12 мм, глубиной 4.6 диаметров) изготавливают в различных прецизионных деталях пневмо- и гидроаппаратуры« Обычно такие детали работают в тяжелых условиях и поэтому их изготавливают из высоколегированных, конструкционных и инструментальных сталей (ШН5, ХВГ, 25Х5МА и ДР.).

Для обеспечения требуемой точности деталей, содержащих глубокие прецизионные отверстия малого диаметра, используют различные варианты технологических процессов. Общим для них является очень высокая трудоемкость изготовления отверстий» Например, по данным ЦНИТА /3/ в условиях массового и крупносерийного производств она составляет 45,,,61/£ от общей трудоемкости изготовления втулки плунжера топливного насоса (табл.1,1).

Таблица 1.1

Сравнение трудоемкостей изготовления гильзы плунжера и ее центрального отверстия

Предприятия } НЗТА КЗТЗ ХТЗ АМЗ \ ВЗН-2 \ •,г.Варша-{ \ ва ) • • чтз ! {Типовая {технология

Отношение трудо- емкости изготов- ления отверстия 45 51 61 58 60 52 55 к трудоемкости изготовления гильзы, в процентам

Очевидно, что эффективность технологических процессов обработки таких деталей будет во многом определяться состоянием обработки собственно отверстий. Поэтому одним из важных путей повышения эффективности технологических процессов является совершенствование технологии обработки прецизионных отверстий.

В технологических процессах обработки прецизионных отверстий можно выделить три этапа: предварительную, термохимическую и окончательную обработки.

Предварительную обработку отверстий осуществляют сверлением спиральными сверлами, ружейными сверлами, зенкерованием, развертыванием, растачиванием, протягиванием, дорнованием /3-7/. Наиболее прогрессивным в настоящее время является использование ружейного сверления, которое обеспечивает высокую точность геометрической формы и малую шероховатость обрабатываемой поверхности. Главным его преимуществом является стабильное обеспечение малой величины отклонения от прямолинейности оси отверстия: в пределах О,.,О,005 мм.

С делью удовлетворения повышенных требований по высокой твердости и износостойкости рабочих поверхностей, по стабильности размеров при хранении и эксплуатации и т.д. детали подвергают термохимической обработке. В процессе ее выполнения они обычно деформируются под влиянием различных факторов. Вследствие этого, как правило, возрастают величины погрешностей геометрической формы, особенно такие, как отклонение от прямолинейности оси и радиальное биение /5/. Это отрицательно сказывается на точности предварительно обработанных деталей и увеличивает трудоемкость последующей окончательной обработки вследствие необходимости снимать большие по величине припуски (до 0,2 мм).

Окончательную обработку отверстий осуществляют преимущественно следующими методами: внутренним шлифованием, электроискровой обработкой, алмазным хониягованием, абразивной притиркой и электрохимической доводкой. Отметим, что основная доля трудоемкости изготовления отверстий (70,.80$) приходится на окончательную обработку.

Рассмотрим более подробно методы окончательной обработки прецизионных отверстий.

При внутреннем шлифовании диаметр шлифовального круга ограничен диаметром обрабатываемого отверстия. Здесь точность обработки в значительной степени определяется жесткостью оправки, несущей шлифовальный круг. Малая жесткость оправки приводит к копированию формы заготовки. Вследствие этого снижается интенсивность исправления исходных погрешностей формы отверстий, особенно отклонения от прямолинейности оси. Это приводит к необходимости снятия значительных припусков на малых подачах.

Для обеспечения требуемого качества обработки необходимо использование специального прецизионного оборудования с высокооборотными шпинделями с частотой вращения 9000. 13000 с""1 /8/.

Внутреннее шлифование отверстий малого диаметра наиболее широкое распространение получило в серийном производстве. Вследствие выше указанных недостатков в условиях массового производства оно применяется значительно реже.

На некоторых предприятиях имеется опыт применения электроискровой обработки. Использование этого метода обеспечивает хорошее исправление отклонения от прямолинейности оси. К его недостаткам можно отнести низкую производительность и значительную величину дефектного слоя, которая может достигать 30. 120 мкм /9/. Это приводит к необходимости снятия больших припусков на последующих операциях.

В соответствии с ГОСТ 23505-79 под доводкой понимают совокупность таких методов абразивной обработки, где "инструмент и заготовка одновременно совершают любое движение со скоростями одного порядка или при неподвижности одного из них другой совершает сложное движение". Поэтому в дальнейшем под термином доводка будем понимать совокупность следующих методов абразивной обработки прецизионных отверстий: алмазное хонингование, электрохимическое хонин-гование (ЭХХ), абразивная притирка, алмазная притирка и электрохимическая притирка (ЭХП).

В последние годы широкое распространение при обработке прецизионных отверстий получило алмазное хонингование. Этому способствовали теоретические и экспериментальные исследования И.Е.Фрагина, А.И.Павлючука, М.С.Наермана, С,А.Попова, Б,Г,Левина, В.Г.Сафронова и др. /8,10-22/.

При алмазном хонинговании используют алмазные бруски на металлической связке, которые обладают большой стойкостью, превышающей стойкость абразивных брусков в сотни раз.

К основным преимуществам алмазного хонингования можно отнести следующее:

1) высокая производительность обработки;

2) высокая точность диаметральных размеров (рассеивание размеров после обработки в пределах 0,02.,,О,03 мм);

3) высокая точность геометрической формы обработанных отверстий (погрешности геометрической формы в пределах 0,01 мм);

4) возможность полной автоматизации цикла обработки на хонин-говальном станке.

К недостаткам алмазного хонингования можно отнести невозможность удаления значительных припусков вследствие явления затухания процесса резания. Другим недостатком является низкая интенсивность исправления отклонения от прямолинейности оси /19/. Это объясняется малой жесткостью хонинговального инструмента и большим давлением в зоне обработки.

Наибольшее применение для обработки прецизионных отверстий малого диаметра получила абразивная притирка, которая является единственным методом, обеспечивающим высокую точность геометрической формы отверстий и малую шероховатость их поверхностей. В зависимости от достигаемой точности и шероховатости обработанных поверхностей различают черновую, предварительную, получистовую,окончательную и тонкую притирки /5,23,24/.

Формирование поверхности отверстия в процессе притирки происходит в результате взаимного воздействия поверхностей детали и инструмента-притира, совершающих относительное перемещение. На точность формы, размеров ж качество обрабатываемых отверстий оказывают большое влияние геометрические факторы, характеризующие состояние притира в каждый момент обработки: точность формы рабочей поверхности притира; форма, размеры и расположение канавок для абразивной пасты и др.

Теоретические исследования притирки проведены в работах А.П.Ребиндера, И.В.Гребенщикова, П.И.Ящерицына, В.В.Масловского, А.И.Павлючука, С.М.Кедрова, А.И.Глазунова, Ю.Н.Свиридова, Л.С.Цес-нека, Г.И.Панина и др.

Большинство исследований в области притирки посвящено вопросам точности геометрической формы, размера и производительности обработки в зависимости от давления притира на обрабатываемую поверхность или величины крутящего момента, от параметров относительного движения инструмента и детали, от вида абразива, от состава пасты и способа ее подачи в зону обработки, от материала рабочей поверхности притира /25-34/.

Отметим, что абразивная притирка имеет низкую производительность, трудно поддается автоматизации. Существенным ее недостатком является низкая интенсивность исправления отклонения от прямолинейности оси /35,36/. Это отчасти объясняется действием эффекта копирования, который имеет место ввиду малой жесткости инструмента и больших нагрузок в зоне обработки.

В настоящее время получила распространение алмазная притирка. Здесь в качестве инструмента используют алмазный притир, представляющий собой корпус, к которому различными способами прикреплены алмазные бруски на металлической связке /32/. К ним можно отнести алмазные притиры, разработанные ЦНИТА и внедренные на ряде предприятий /37/.

Все более широкое применение в машиностроении находит электрохимическая доводка (ЭХД), под которой в соответствии с ГОСТ 23505-79 понимают доводку с использованием электрохимического растворения металла.

Распространению электрохимической доводки способствовали следующие ее положительные особенности: более высокая производительность по сравнению с другими методами доводки; практическое отсутствие явления затухания скорости съема, что позволяет удалять большие по величине припуски; более высокая по сравнению с другими методами доводки интенсивность уменьшения величины отклонения от прямолинейности оси.

Различают два метода электрохимической доводки: электрохимическое хонингование (ЭХХ) и электрохимическую притирку (ЭХП), которые различаются в основном от вида применяемого инструмента. ЭХХ применяют для обработки прецизионных отверстий /12,31,38-45/. Метод ЭХЕ в настоящее время практически не исследован. Одним из основных факторов, препятствующих его распространению, является отсутствие работоспособного инструмента - притира.

4.4. Выводы по главе

1. Методика выбора оптимального варианта технологического процесса доводки позволяет решить задачу выбора оптимальных параметров и условий эксплуатации доводочного инструмента.

2. Использование методики выбора оптимальных технологических процессов доводки отверстий позволяет расширить возможности сушествующих систем автоматизированного проектирования оптимальных технологических процессов.

3. В главе проанализированы и выявлены особенности размерного анализа технологических процессов доводки, что дает возможность производить размерный анализ всего технологического процесса обработки детали, содержащей глубокие прецизионные отверстия малого диаметра.

5. ЭКСЖРЙМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

5,1» Экспериментальные исследования взаимодействия притира с оправкой

Данные исследования проведены с целью:

1) получить информацию для определения вида расчетных схем для расчета цилиндрических притиров без пазов и с пазами;

2) подтвердить возможность практического применения расчетных схем и зависимостей для проектирования разжимных притиров.

5.1.1. Исследование поляризационно-оптическим методом

Исследование проведено с целью выявить характер взаимодействия цилиндрического притира без пазов с оправкой при разжиме.

Задачи исследования.

1. Выявить расположение зон контакта между поверхностями моделей притира и оправки в процессе разжима,

2. Построить эпюру нормальных напряжений на внутренней поверхности модели притира. На ее основе выявить вид силовой расчетной схемы для расчета притиров без пазов.

Поляризационно-оптический метод измерения напряжений и деформаций, или метод фотоупругости, является методом моделирования, при котором упруго-оптический эффект используют для измерен ния механических напряжений в модели из прозрачного материала, геометрически подобной исследуемому объекту /91-93/. В теории упругости доказывается, что распределение напряжений в теле, находящемся в условиях плоско-напряженного состояния, не зависит от механических постоянных материала (модуля упругости Е и коэффициента Пуассона ,/Х ). Следовательно, закон распределения деформаций и напряжений будет одинаков в детали и в ее модели, выполненных из различных материалов, при условии их геометрического подобия и подобия в нагрузке.

При исследовании характера силового взаимодействия цилиндрического притира с конической оправкой рассматривались элементы притира и оправки малой длины /65/. Элемент притира представляет собой разрезанное кольцо, а элемент конической оправки - круглый диск. В качестве материала модели использовался оптически чувствительный материал на основе эпоксидной смолы ЭД-6, Данный материал широко применяют для исследования плоско-напряженного состояния методом фотоупругости. Наружный диаметр модели равен 50 мм, внутренний - 30 мм, ее толщина - 4 мм. Эти величины выбраны из условия отсутствия отклонения от плоского напряженного состояния.

Исследование проводилось на поляризационно-оптической установке модели "Цейс-300". В процессе эксперимента деформация раз** резанного кольца осуществлялась за счет запрессовки в него одного из пяти круглых дисков, диаметры которых больше внутреннего диаметра ненагруженного кольца. Диаметр первого диска больше внутреннего диаметра кольца на 0,1 мм, каждый последующий диск имеет диаметр на 0,2 мм больше предыдущего, диаметр последнего диска больше внутреннего диаметра кольца на 0,9 мм. Такие величины натяга обеспечивали ступенчатый разжим кольца в зоне упругой деформации.

После запрессовки каждого диска деформированное кольцо помещалось в полярископ, освещалось монохроматическим светом и фотографировалось. На экране полярископа возникала картина темных полос (изохром) на светлом фоне (рис,5.1). Изохромы являются геометрическим местом точек с постоянной величиной разности глав

Pec.5.1. Картина полос

F А

0 ^^Е?» «-О

J)f}0

С

-7 А ъ

Рис.5.2. Расположение сечений при расчете ьзетодсм разности касательных напряжений ных напряжений. При анализе пяти картин изохром установлено, что на участке 8Д (рис,5,2) наблюдается напряже нно~деформированное состояние, близкое к чистому изгибу, на участках ДВ и РД -близкое к поперечному изгибу, а в точках А и Р действуют большие по величине сосредоточенные силы. Непосредственно методом полос по картине изохром определить характер прилегания внутренней поверхности кольца к диску не удалось. Поэтому возникла необходимость провести более углубленный анализ напряженно-деформированного состояния модели.

Определить характер прилегания кольца к диску можно путем построения эпюры нормальных напряжений, действующих на внутренней поверхности кольца, Дяя этого, зная, что нормальные напряжения на наружном контуре равны нулю, методом разности касательных напряжений по радиальным сечениям модели можно определить нормаль* ные напряжения по внутреннему контуру. Исходными данными для этого метода служат картины изохром и изоклин.

Изоклины представляют собой геометрическое место точек, в которых наклон главных напряжений одинаков. Для получения картины изоклин на поверхности разрезанного кольца была нанесена коор*» динатная сетка. Затем, путем поворота поляризатора и анализатора с интервалом 10° было получено и зарисовано семейство изоклин (рис.5.3).

Метод разности касательных напряжений основан на простом рассмотрении условий равновесия /93/. Предположим, что из модели вырезана мысленно полоска конечной ширины А , которая разделена на некоторое количество равных элементов длиной АЬ (рис. 5.4). Каждый элемент находится в равновесии под действием равнодействующей касательных напряжений Т/) , и приростом нормального напряжения Д 6» . Поэтому глА£-хЛ6 + А<ЬХ ДлЬО

- 155

90о 80 Рис.6»3. Картина изоклин лЯ & 1 бб

Рис .5.4. К шределению нормальных напряжений I разности касательных напряяений методом

Кйс

-0,2

ОН

0,6

-0,8

-1,0 О

10 г о

50 40 50 60 Ч.п>я

1

1 г,--

Рис.5.5. Развернутая эпвра нораашшх напряжений

Откуда

Д6.— сь-и ■

АЛ

Если при расчете исходить из точки, где напряжение известно (например, от наружного контура), то в любой точке линии приближенного интегрирования 6 получаем значение напряжения сложением от всех шагов суммирования Лч>

В данном случае отношение ДШ выбрано равным единице. Касательные напряжения ТА и Тй вдоль вспомогательных сечений А и 6 получаем из формулы 2 где величина определяется по порядку изохром, а параметр изоклин определяется по картине изоклин.

Анализ напряженно-деформированного состояния модели был проведен для одного из пяти вариантов нагружения. Методом разности касательных напряжений для правой половины кольца были построены эпюры нормальных напряжений в семи радиальных сечениях, расположенных под углами 0°, 25°, 50°, 60°, 70°, 110° к оси 0 У (см,рис,б,2), На их основании была построена развернутая эпюра нормальных напряжений (рис,5.5), возникающих на внутренней поверхности модели. Из эпюры видно, что точки внутренней поверхности элемента на дуге с центральным углом Ц = 71° находятся в контакте с диском.

Для построения эпюры напряжений, действующих по всей внутренней поверхности модели притира, необходимо определить значения сил С, действующих в точках А и Р . Для этого составим уравнен ние равновесия сил на ось О V /94/ 4

ГУ-0, 20,005^2/6^00^-2 о о где и Т^ - нормальные и касательные напряжения, действующие по внутренней поверхности разрезанного кольца.

Так как на участке модели ВД напряженно-деформированное состояние близко к чистому изгибу и наличие трения между внутренней поверхностью кольца и диска не вносит заметных искажений в картину изохром, то величины касательных напряжений, действующих по внутренней поверхности кольца, малы и ими можно пренебречь. Тогда силу 0, определим по формуле

1 Г^

0.=—-¡¡¡-¡бьсозцац . сов р

Равнодействующую нормальных напряжений определим как проекцию площади эпюры контактных напряжений б$0 на ось ОУ.

После определения величины силы (}, была построена эпюра напряжений, действующих на внутренней поверхности модели (рис. 5.6). Из ее анализа видно, что внутренняя поверхность модели при запрессовке в нее диска находится в контакте с ним на участке $Д и на участках малой длины около точек А и Р . Участки АВи А? отходят от поверхности диска. В точках А и Р нормальные напряжения распределены на участках малой длины. Поэтому можно условно считать, что в этих точках действуют сосредоточенные силы. Закон изменения контактных напряжений на участке 6Д близок к равномерно-распределенному. Поэтому условно можно считать, что на этот участок внутренней поверхности модели действует равномерно-распределенная нагрузка.

На основании проведенных в разд.3.3,1 исследований была принята и теоретически исследована расчетная схема для расчета притиров без пазов. Теоретически был определен центральный угол 7]т = = 67,7°. Он получился несколько меньшим, чем экспериментальный. Это объясняется тем, что реальный закон действия распределенной нагрузки заменен действием равномерно-распределенной.

Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы.

1. При разжиме притира без пазов участки его внутренней поверхности 8Д и малой длины около точек А и Р находятся в контакте о поверхностью оправки, а участки АВ и отходят от нее. Зона контакта составляет 30.35% от площади внутренней поверхности притира (см.рио.5.6).

2. В точках А и Р поперечного сечения притира действуют силы , которые можно считать сосредоточенными.

3. На участке ВД поперечного сечения притира действует распределенная нагрузка, реальный закон действия которой можно заменить эквивалентной равномерно-распределенной.

5.1.2. Исследование методом непосредственного измерения

Исследование проведено с целью изучить особенности деформаций притиров, имеющих различные формы поперечного сечения, в процессе разжима.

Задачи исследования:

1) выявить изменение длины зоны постоянного контакта притира без пазов с оправкой при разжиме;

2) исследовать влияние расположения продольных пазов на характер поперечной деформации притира и выявить расположение зон контакта внутренней поверхности притира с оправкой.

Для проведения эксперимента был изготовлен специальный винтобой пресс с конической рабочей частью (рис.5.7).

При исследовании деформации притира без пазов поляризадион-но-оптическим методом не удалось изучить характер изменения зон его контакта с конической оправкой при разжиме и исследовать влияние пазов на характер деформации притира. Это объясняется недостаточной точностью и большой громоздкостью применяемого метода. Поэтому для изучения этих вопросов был применен метод непосредственного измерения. Он заключается в непосредственном определении наличия контакта между внутренней поверхностью притира и конической оправкой. Для исследований были изготовлены модели с различи ними формами поперечного сечения притира (рис.5.8).

Известно, что в условиях плоско-напряженного состояния закон распределения напряжений и деформаций одинаков в детали и в ее модели, выполненных из разного материала, при условии их геометрического подобия и подобия в нагрузке. Учитывая требование, что корпус модели должен быть токонепроводящим, в качестве материала модели было выбрано органическое стекло. Для определения зон контакта в корпус модели в радиальных направлениях впаивались стальные электроды.

Технология изготовления моделей была следующей. Сначала вы*» тачивалась заготовка из органического стекла, при этом оставлялось приблизительно по 2 мм припуска на сторону по внутреннему диаметру. На поверхность заготовки наносилась соответствующая координатная сетка. По линиям этой сетки впаивались стальные электроды. Затем модель растачивалась по внутреннему диаметру до требуемого размера. Окончательной операцией было изготовление пазов и разреза.

В процессе эксперимента исследуемая модель 2 помещалась на коническую часть пресса, выполненную из стали, и с помощью гайки 3 перемещалась по конусу (рис.5.7). Предварительно создавался не

Рис.5,8. Модели притиров

- 163 большой натяг в системе модель - конус, соответствующий перемещению модели по конусу на 10 мм, С помощью контрольной лампы проверялось наличие контакта между стальными электродами, впаянными в корпус модели, и стальным конусом пресса. Данные заносились в таблицу. Затем модель перемещалась по конусу и через каждые 4 мм повторялись измерения. После суммарного перемещения на 70 мм модель спрессовывалась с конуса. Для избежания влияния погрешностей геометрической формы модели и конуса на результаты измерений модель поворачивалась сначала на 90°, затем на 180° и 270°, и в каждом из этих положений модели повторялась процедура измерений.

При исследовании взаимодействия моделей притиров без пазов с конусом выявлено следующее. Во-первых, длина зон контакта модели притира с поверхностью конуса около точек А и F (рис.5.9,а) равна 3,6 мм. Это составляет 2,73% от длины внутренней поверхности модели. Во-вторых, длина зоны контакта ВД составляет 53,2 мм при перемещении модели по конусу на 10 мм. В процессе разжима произошло увеличение длины этой зоны на 1,8 мм,или на 3,35%. Центральный угол, определяющий зону контакта 8Д , составил 150°. Этот же угол, определенный расчетным путем в соответствии с предложенной расчетной схемой (см.разд.3.3.1), получился равным 148,1° Разница величин углов обусловлена принятыми при составлении расчетной схемы допущениями.

При исследовании взаимодействия моделей притиров с пазами с конусом выявлено, что в местах расположения пазов и разреза наблюдается плотное прилегание внутренней поверхности притира к оправке (см.рис.5.9,б,в,г). Длина зон контакта определяется шириной пазов. При разжиме в пределах упругости картина деформации не изменяется.

Проведенные эксперименты позволили сделать выводы.

I. При разжиме притира без пазов на конической оправке он

F A a

Рис. 5.9. ¿¡даграшы зон контакта моделей с конус см своей внутренней поверхностью контактирует с оправкой на малых участках около точек А и Р (см.рис.5.9,а) и на участке ВД . При этом длина зоны контакта ВД увеличивается незначительно.

2. При разжиме притира с пазами он контактирует с оправкой теми частями своей внутренней поверхности, которые находятся под пазами и у краев разреза.

5.1.3. Исследование влияния параметров притиров на величину усилия разжима

Исследование проведено с целью подтвердить возможность практического использования силовых расчетных схем и зависимостей, разработанных в главе 3, для определения параметров цилиндрических разжимных притиров,

Задачи исследования.

1. Определить влияние приращения диаметра оправки под притиром А , толщины стенки притира Н , толщины стенки притира под пазом /] и материала корпуса на величину осевого усилия разжима.

2. Определить величину приведенного коэффициента трения на поверхности контакта притира с оправкой. Дать соответствующие рекомендации.

Исследование было проведено на экспериментальной установке (рис.5.10), созданной на базе универсальной испытательной машины I модели ДМЗОМ. Для измерения величины осевого усилия разжима применялся динамометр 9 модели ДС-2, рассчитанный на нагрузку до 2500 Н. Он крепился к верхней подвижной опоре 10 с помощью рези-* новых ремней. Для установки и разжима образцов использовалось специально спроектированное и изготовленное приспособление. Оно состоит из корпуса 4, в котором с помощью гайки 5 вертикально закреплена коническая оправка 6. Приспособление устанавливалось на подвижном столе 3 и неподвижно закреплялось на нем с помощью болтов.

Рис.5.10: Экспериментальная установка

- 167

Количество образцов, необходимых для определения приведенного коэффициента трения ^р , определялось по методике, изложенной в работах /95,96/. В соответствии с этим изготавливалось по 10 образцов притиров с различными величинами размерных параметров (табл.5;.1). Из них 5 образцов изготавливались из стали 45 и 5 -из чугуна СЧ 18-36. Всего было изготовлено 50 образцов притиров без пазов и 50 образцов притиров с пазами. Диаметры внутренних центральных отверстий у всех образцов одинаковы. Коническая оправка изготавливалась из стали ШХ-15.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе показано, что наиболее перспективным направлением повышения эффективности окончательной обработки прецизионных отверстий малого диаметра является выбор параметров операций доводки на основе использования методов оптимизации. При этом важное значение имеют вопросы, связанные как с совершенствованием существующих методов доводки, так и с созданием новых комбинированных процессов обработки.

Исследования, проведенные в работе, позволили сделать следующие выводы.

1. На основании системного анализа построены структурные схемы, позволившие разработать модели процессов доводки прецизионных отверстий с использованием лимитирующего размерного параметра. Для глубоких прецизионных отверстий малого диаметра выявлен лимитирующий параметр - отклонение от прямолинейности оси.

2. Разработана методика выбора оптимальных параметров операций доводки глубоких прецизионных отверстий малого диаметра, позволяющая определять оптимальные значения параметров как для отдельно взятой операции, так и для группы операций, составляющих технологический процесс доводки отверстий. Использование данной методики позволяет расширить возможности существующих систем автоматизированного проектирования технологических процессов.

3. В результате теоретического и экспериментального исследования взаимодействия разжимных притиров с конической оправкой составлены расчетные схемы притиров без пазов и с пазами; выявлено, что при разжиме притира между его внутренней поверхностью и оправкой образуются зазоры. Площадь контакта притира с оправкой составляет 30.40% площади внутренней поверхности притира. Последнее обстоятельство приводит к снижению жесткости инструмента для притирки отверстий.

4. Для повышения интенсивности исправления погрешностей геометрической формы отверстий при притирке необходимо уменьшить влияние зазоров между притиром и оправкой на жесткость системы "притир-оправка".

5. С целью повышения жесткости системы "притир-оправка" необходимо изготавливать на наружной поверхности притира продольные пазы глубиной не менее половины толщины стенки притира. Количество пазов следует определять с помощью методики выбора оптимальных параметров операций доводки. При проектировании разжимных притиров с доводочными брусками последние следует располагать на участках, где имеется контакт притира с оправкой.

6. Разработана методика расчета разжимных притиров, позволяющая определять параметры инструмента, гарантирующие его работоспособность при заданных условиях. Использование этой методики позволяет снизить трудоемкость решения задачи оптимизации операций притирки прецизионных отверстий.

7. Для повышения интенсивности исправления погрешности геометрической формы - отклонения от прямолинейности оси, являющегося лимитирующим размерным параметром, для операций доводки отверстий целесообразно применять операции электрохимической доводки.

8. Использование прерывистой подачи технологического тока по ходу движения инструмента относительно детали позволяет повысить точность электрохимической доводки за счет уменьшения величины растравливания кромок отверстия со стороны входа электролита.

9. Проведенные исследования позволили разработать прогрессивные конструкции разжимных притиров, инструмента для электрохимического хонингования и электрохимической притирки и провести модернизацию существующего оборудования.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981. -223 с.

2. Мивдлин Я.Б. Пути интенсификации технологических процессов абразивной обработки. В кн.: Алмазно-абразивная обработка в машиностроении. М.: ЩНТП, 1982, с.3-8.

3. Регламент комплексного технологического процесса обработки и сборки деталей плунжерной пары. Л.: ЦНИТА, 1971. - 199 с.

4. Ильин М.Г., Бекиров Я.А. Технология изготовления прецизионных деталей гидропривода. М.: Машиностроение, 1971. - 160 с.

5. Бахтиаров Н.И., Логинов В.Е. Производство и эксплуатация прецизионных пар. М.: Машиностроение, 1979. - 205 с.

6. Панин Г.И., Фефелов Н.А. Механизация и автоматизация про« цессов обработки прецизионных деталей. Л.: Машиностроение, 1972. - 344 с.

7. Павлючук А.И., Кириллин В.Н. Особенности типового технологического процесса изготовления деталей плунжерной пары рядного топливного насоса. В кн.: Прогрессивная технология производства топливной аппаратуры. Л.: ЦНИТА, 1970, вып.1, с.3-7.

8. Павлючук А.И., Фефелев Н.А. Технология точного аппарату-ростроения. Л.: Машиностроение, 1977. «■> 304 с.

9. Фрагин И.Е., Сафронов В.Г. Исследование процесса хонинго-вания. М.: НИЙМАШ, 1965. - 87 с.

10. Фрагин И.Е. Точность при алмазном хонинговании и суперфинишировании. В кн.: Синтетические алмазы в промышленности. Киев: Наукова думка, 1974, с.83-91.

11. Фрагин И.Е. Новое в хонинговании. М.: Машиностроение, 1980.- 96 с.

12. Павлючук А.И. Исследование и выбор связок брусков для алмазного хонингования отверстий в деталях автотракторной топливной аппаратуры. М.: НИИТавтопром, 1966. - 21 с.

13. Павлючук А.И. Повышение точности обработки прецизионных деталей топливной аппаратуры автотракторных деталей. М.: НИИНАв-топром, 1966. - 34 с.

14. Наерман М.С., Попов С.А. Прецизионная обработка деталей алмазными и абразивными брусками. М.: Машиностроение, 1971. -224 с.

15. Левин Б.Г., Пятов Я.Л. Алмазное хонингование отверстий. -Л.: Машиностроение, 1969. III с.

16. Сафронов В.Г. Совершенствование процессов алмазного хонингования. В кн.: Алмазы и сверхтвердые материалы. М.: ВНИИАЛ-МАЗ, 1975, № I, с.31-34.

17. Бабаев С.Т. и др. Алмазное хонингование глубоких и точных отверстий /С.Г.Бабаев, Н.К.Мамедханов, Р.Ф.Гасанов. М.: Машиностроение, 1978. - 103 с.

18. Хонингование. Справочное пособие /С.И.Куликов, В.А.Роман-чук, Ф.Ф.Ризванов, Ю.М.Евсеев. М.: Машиностроение, 1973.168 с.

19. Куликов С.И. и др. Прогрессивные методы хонингования / С.И.Куликов, Ф.Ф.Ризванов, В.А.Романчук, С.В.Ковалевский. -М.: Машиностроение, 1983. 135 с.21* Supenfüiishirig, and ¡гсупищ.Tlcu^t ß. "loot and 9wd.\ 1982,Шоу,, N5-t 97-№.

20. Honen von Bohttingen mit höhet. Gertani^kiLt. HaasLs "Techn. Ш pta/cb. metaLLBeatf., 1982,76, ЫЪ ,45-12.

21. Бабаев С.Г.1, Садыгов П. Г. Притирка и доводка поверхностей деталей машин. М.: Машиностроение, 1976. - 128 с.

22. Греков В.И. Роторная доводка. М.: Машиностроение,!981. - 80 с.

23. Кремень З.И., Павлючук А.И. Абразивная доводка. Л. : Машиностроение, 1967. - 114 с.

24. Ящерицын П.И. и др. Тонкие доводочные процессы обработки деталей машин и приборов /П.И.Ящерицын, А.Г.Зайцев, А.И.Барботь-ко. Минск: Наука и техника, 1976. - 328 с.

25. Масловский В.В. Технология обработки на доводочно-прити-рочных станках. М.: Высшая школа, 1979. - 151 с.

26. Кириллин Б.Н. Влияние кинематики возвратно-поступательного движения при доводке отверстий прецизионных деталей топливной аппаратуры дизелей на точность и производительность обработки. Труды ЦНИТА. Л.: ЦНИТА, 1967, вып.35, с.28-32.

27. Свиридов Ю.Н. Исследование процесса формообразования и совершенствование технологии доводки прецизионных отверстий. -Дис. . канд.техн.наук. Челябинск, 1972. - 206 с.

28. Панин Г.И. Автоматизация процессов доводки деталей топливной аппаратуры. В кн.: Алмазно-абразивная обработка в машиностроении. М.: МДНТП, 1982, с.59-66.

29. Дудко П.Д. и др. Обработка деталей абразивными пастами / П.Д.Дудко, В.В.Масловский, Г.М.Маркин, А.Н.Прокофьева. Ярославль: Верхне-Волжское книжное изд-во, 1970. - 96 с.

30. Шашев В.М. Доводка отверстий алмазными притирами. Вкн.: Алмазы и сверхтвердые материалы. М.: НИИМАШ, 1975, J& 4, с. 1215.

31. Орлов П.Н. и др. Доводка прецизионных деталей машин / П.Н.Орлов, А.А.Савелова, В.А.Полухин, Ю.И.Нестеров. М.: Машиностроение, 1978. - 256 с.

32. Орлов П.Н. и др. Процессы доводки прецизионных деталей пастами и суспензиями Л1.Н.Орлов, Ю.И.Нестеров, В.А.Полухин. -М.: Машиностроение, 1975. 56 с.

33. Фрапан И. Е. , Сафронов В.Г. Исправление исходной погрешности при доводке свободным абразивом. Вестник машиностроения, 1963, № 7, с.67-69.

34. Гольдфарб И.Я., Локшин М.Л. Интенсивность исправления изогнутости оси отверстий в процессе доводки. В кн.: Труды ЦНИТА, Л.: ЦНИТА, 1967, вып.ЗЗ, с.52-57.

35. Китаев Ю.В. и др. Производственный участок электрохимических хонинговальных станков /Ю.В.Китаев, С.В.Усов, Ю.С.Тимофеев. В кн.: Электрофизические и электрохимические методы обработки. М.: НИИМАШ, 1983, вып.2, с.6-9.

36. Оренбах Г.С. Станки для электрохимического хонингования отверстий диаметром от 8 до 80 мм. В кн.: Электрофизические и электрохимические методы обработки. М.: НИИМАШ, 1975, вып.2, с.16-20.

37. Давыдов В.Н., Дубовик А.И. Исследование точности абразивно-электрохимического хонингования прецизионных отверстий малого диаметра. ~ В кн.: Электрофизические и электрохимические методы обработки. М.: НИИМАШ, 1976, вып.II, с. 1-3.

38. Можайцев Л.Н. и др. Исследование процесса электрохимико-механической обработки отверстий малого диаметра /Л.Н.Можайцев, В.Ф.Начвай, Ю.Н.Свиридов. В кн.: Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. Челябинск: ЧПИ, 1972, вып.114, с.61-63.

39. Можайцев Л.Н. 0 распределении тока в межэлектродном зазоре при электрохимикомеханической доводке глубоких отверстий малого диаметра. В кн.: Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. Челябинск: ЧПИ, 1974, вып.145, с.34-35.

40. Можайцев Л.Н.: Исправление конусообразности отверстий в процессе электрохимического хонингования. В кн.: Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. Челябинск: ЧПИ, 1976, вып.178, с.68-69.

41. Исследование процесса электрохимического размерного хонингования цилиндрических отверстий малого диаметра /А.М.Грищенко, П.С.Раздымаха, М.А.Максимов и др. В кн.: Электрофизические и электрохимические методы обработки. М.: НИИМАШ, 1973, вып.2, с.14-18.

42. Можайцев Л.Н. Совершенствование технологии финишной обработки прецизионных отверстий малого диаметра на основе применения электрохимического хонингования. Дис. . канд. техн. наук. - Челябинск, 1980.1 - 218 с.

43. Аксельруд И.Д. Деформации притира от сил, действующих на его стенки в процессе разжима; В кн;>: Автоматизация и механизация производства топливной аппаратуры.- Л.: ЦНИТА, 1975, вып.65, с.27-31.

44. Автоматизированная система проектирования технологических процессов механосборочного производства /В.М.Зарубин, Н.М.Ка** пустин, В.В.Павлов и др. М,: Машиностроение, 1979. - 247 с,

45. Адаптивное управление технологическими процессами /Ю.М. Соломенцев, В.Г.Митрофанов, С.П.Протопопов и др. М.: Машиностроение, 1980. - 536 с.

46. Панкин A.B. Основные вопросы наивыгоднейшего резания металлов. М.: Машгиз, 1948. - 259 с.

47. Соломенцев Ю.М., Басин А.М. Оптимизация технологических процессов механической обработки и сборки в условиях серийного производства. М,: НЙИМАШ, 1977. - 72 с.

48. Евстигнеев М.И. Автоматизация технологических процессов в авиадвигателестроении. М.1: Машиностроение, 1982. - 208 с.

49. Фридлендер И.Г. Расчеты точности машин при проектировании. Киев; Донецк: Вища школа, 1980. - 182 с.

50. Митрофанов В.Г. Связи между этапами проектирования технологического процесса изготовления детали и их влияние на принятие оптимальных решений. Дис. . докт. техн. наук. - M., 1980. -298 с.

51. Лопидес Л.М., Смирнов И.А. Влияние длины пробега электролита в межэлектродном промежутке на распределение плотности тока, В кн.: Электрофизические и электрохимические методы обработки. М.: НИИМАШ, 1979, вып.1, с.6-7.

52. Scholz Е. Unteimchunç des eLedwchernischen Honens, Juduîtzle Anzeiget, mo.Nik.

53. Эрленеков C.B. Определение оптимального варианта финишнойоперации при обработке деталей, соединяемых по цилиндрическим поверхностям с натягом. Вестник машиностроения, 1982, № 3, с. 5458.

54. Соломенцев Ю.М., Эрленеков C.B. Формирование оптимальной последовательности переходов при обработке деталей в системе автоматизированного проектирования технологических процессов. Вестник машиностроения, 1982, № 6, с.53-56.

55. Размерный анализ технологических процессов /В.В.Матвеев, М.М.Тверской, Ф.И.Бойков и др. М.: Машиностроение, 1982. - 264 с.

56. Гольдфельд М.Х. К вопросу о критериях при проектировании размерной структуры технологических процессов. В кн.: Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. Челябинск: ЧПИ, 1980, вып.249, с.6-8.

57. Гольдфельд М.Х. Применение теории графов к задаче синтеза размерной структуры технологического процесса механической обработки. Известия вузов. Машиностроение. М.: МВТУ, 1982, № 12,с.140-145.

58. Тверской М.М. Автоматическое управление режимами обработки деталей на станках. М.: Машиностроение, 1982. - 208 с.

59. Таран В.А. и др. Математические вопросы автоматизации производственных процессов /В.А.Таран, С.С.Брудник, Ю.Н.Кофанов. -М.: Высшая школа, 1968. 216 с.

60. Великанов K.M., Новожилов В.И. Экономичные режимы резания металлов. Л.: Машиностроение, 1972. - 120 с.

61. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Экономика, 1977. - 45 с.

62. Гермейер Ю.Б. Введение в теорию исследований операций. -М.: Наука, 1971. 383 с.

63. Капустин Н.М., Загоруйко Е.А. Использование методов многокритериальной оптимизации при проектировании оптимальных станочных операций. Известия вузов. М.: Машиностроение, 1979, № 8,с.147-151.

64. Ланге 0. Оптимальные решения. Основы программирования. -М.: Прогресс, 1967. 285 с.

65. Расстригин Л.А. Системы экстремального управления. М.: Наука, 1974. - 630 с.

66. Свиридов Ю.Н. Выбор оптимального варианта технологического процесса окончательной обработки отверстий. В кн.: Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. Челябинск: ЧПИ, 1972, вып.114, с.65-67.

67. Расчеты экономической эффективности новой техники: Справочник /Под ред. К.М.Великанова. Л.: Машиностроение, 1975. 430 с.

68. Общемашиностроительные нормативы режимов резания для технического нормирования работ на металлорежущих станках, часть 3. Протяжные, шлифовальные и доводочные станки. М.: НИИТруда, 1978. - 360 с.

69. Попов A.A. Курс сопротивления материалов. М.: Машгиз, 1958. - 180 с.

70. Феодосьев В.И. Избранные задачи и вопросы по сопротивлению материалов. М.: Наука, 1973. - 400 с.

71. Шевелев А.Е. Исследование деформации притира при разжиме. В кн.: Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. Челябинск: ЧПИ, 1980, вып.249, с.148-151.

72. Сопротивление материалов /А.Ф.Смирнов, А.В.Александров, Н.И.Монахов и др. М.: Высшая школа, 1969. - 600 с.

73. Рубинин М.В. Сопротивление материалов. М.: Машгиз,1961. - 467 с.

74. Рубинин М.В. Руководство к практическим занятиям по сопротивлению материалов. М,: Росвузиздат, 1963. - 488 с.

75. Моисеев H.H. и др. Методы оптимизации /Н.Н.Моисеев, Ю.П. Иванилов, Е.М.Столярова. М.: Наука, 1978. - 351 с.

76. Моисеев H.H. Элементы теории оптимальных систем. М.: Наука, 1975. - 526 с.

77. Матвеев В.В. и др. Расчет технологических размерных цепей на ЭВМ "Наири-К" /В.В.Матвеев, Ю.Н.Свиридов, А.Е.Шевелев, Э.В.Кузьмичев. Челябинск: ЧПИ, 1978. - 16 с.

78. Матвеев В.В. и др. Проектирование экономичных технологических процессов в машиностроении /В.В.Матвеев, Ф.И.Бойков, Ю.Н. Свиридов. Челябинск: Юж-Урал. кн. изд-во, 1979. - III с.

79. Пузанова В.П. Размерный анализ и простановка размеров в рабочих чертежах. М.-Л.: Машгиз, 1958. - 196 с.

80. Иващенко И.А. Технологические размерные расчеты и способы их автоматизации М.: Машиностроение, 1975. - 222 с.

81. Свиридов Ю.Н. и др. Совершенствование методики расчета операционных технологических размеров /Ю.Н.Свиридов, А.Е.Шевелев, Э.В.Кузьмичев. В кн.: Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. Челябинск: ЧПИ, 1976, вып.178, с.5-7.

82. Свиридов Ю.Н. и др.Расчет на ЭВМ размерных цепей с комденсирующимися погрешностями /Ю.Н.Свиридов, А.Е.Шевелев, Л.Л.Зай-ончик. В кн.: Прогрессивная технология чистовой и отделочной обработки. Челябинск: ЧПИ, 1980, вып.249, с.70-72.

83. Шевелев А.Е. Оптимизация технологических процессов доводки отверстий в условиях автоматизированного производства. В кн.: Технологическое обеспечение автоматизации производственных процессов: Тез. докл. научн.-техн. конфер. Оренбург, 1983, с.19-20.

84. Фрохт М.М. Фотоупругость. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений. М.-Л.: ОГИЗ, ГТТИ, 1948, т.1. - 432 с.

85. Фрохт М.М. Фотоупругость. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений. М.:-Л.: Гостехтеориздат, т.2. - 488 с.

86. Фёпль Л., Мёнх Э. Практика оптического моделирования. -Новосибирск: Наука, 1966. 211 с.

87. Особенности решения пластических задач оптическим методом (на частном примере поперечно-винтовой прокатки) /П.И.Полухин, Ю.М.Матвеев, В.К.Воронцов и др. В кн.: Производство сварных и бесшовных труб. М.: Металлургия, 1966, вып.6, с.108-120.

88. Солонин И.С. Математическая статистика в технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 1972. - 215 с.

89. Колкер Я.Д. Математический анализ точности механической обработки деталей. Киев: ТехнСка, 1976. - 200 с.

90. A.c. 944892 СССР. Притир для обработки отверстий /А.Е.Шевелев, Ю.Н.Свиридов, Л.Н.Можайцев. Опубл. в Б.И., 1982, J& 27.