автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение эффективности шлицевых протяжек путем совершенствования и разработки новых способов конструкторско-технологического обеспечения их исполнительных параметров

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

"СТАНКИН" ------ - ------- -----------------------

На правах рукописи УДК 621.919.2-45.001.63.002.2(043.3)

Саркисян Эдуард Гургагович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИЦЕВЫХ ПРОТЯЖЕК ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ НОВЫХ СПОСОБОВ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-технической обработки, станки и инструмент

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1998

Работа выполнена в Чаренцаванском инструментально-производственном объединении (Республика Армения) и в Московском Государственном Технологическом Университете "СТАНКИН"

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор В.А.Гречишников

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор А.М.Кузнецов

- кандидат технических наук А.Р.Маслов

Ведущее предприятие - АО "Московский инструментальный завод"

Защита диссертации состоится 1998 г., в часов 30 мин. на

заседании специализированного Совета К 063.42.05 при Московском Государственном Технологическом Университете "СТАНКИН", по адресу: 101472, ГСП, Москва, Вадковский пер., д.За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ "СТАНКИН".

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим направлять по указанному адресу

Автореферат разослан " " 1998 г.

Ученый секретарь специализированного Совета

к.т.н., доцент Ю.П.Поляков

Общая характеристика работы

Актуальность. Преимущество протягивания перед другими видами- --------

обработки резанием в производительности, точности и качестве обработанных поверхностей, простоте осуществления операции и обслуживании станка, высокой надежности процесса. Точность размеров обработанных поверхностей достигает 7+6 квалитега, шероховатость Яа=2,5 + 0,32 мкм, а при применении твердосплавных выглаживателей точность увеличивается в 1,3 + 1,5 раза, а шероховатость уменьшается до Яа-0,16 + 0,08 мкм. Процессы протягивания легко автоматизируются и вписываются в автоматические линии, что очень важно при массовом и крупносерийном производстве, а в ряде случаев, как например, при обработке шлицевых отверстий, протягивание является наиболее целесообразным способом обработки.

Отличаясь сложностью конструктивных элементов, металлоемкостью и высокой трудоемкостью изготовления, протяжной инструмент, изнашиваясь в процессе эксплуатации, переносит свою стоимость на обрабатываемые детали и становится частью производственно-технологической системы, определяющей эффективность операции протягивания. В силу того, что операция протягивания не требует больших затрат, и основная доля расходов приходится на инструмент, проблема повышения ее эффективности сводится к проблеме технико-экономической эффективности самой протяжки, что в свою очередь зависит от соответствия выбранных методов проектирования и способов пооперационной реализации технологического процесса изготовления протяжки функции цели, и поэтому разработка и исследование более совершенных и альтернативных методов проектирования и способов изготовления является актуальной задачей.

Цель работы. Разработка и совершенствование способов конструкторско-технологического обеспечения исполнительных параметров шлицевых протяжек, повышающих их надежность и эффективность.

Для достижения поставленной цели

- выявлены и описаны причинно-следственные связи между факторами, влияющими на надежность и эффективность шлицевых протяжек;

- разработана модель причинно-следственных связей факторов, определяющих параметры конструктивных элементов шлицевых протяжек;

- определены и исследованы функциональные связи между конструктивными параметрами протяжки по условию беспрепятственного стружкообразования и свободного удаления стружки из канавки;

- найден способ математического описания изменения объемов припуска на шлифование боковых поверхностей шлицевых выступов от зуба к зубу по всему шлицевому ряду режущих зубьев протяжки;

- разработана геометрическая модель процесса шлифования боковых поверхностей шлицевых зубьев;

- разработан способ формирования припуска наименьшего объема на боковых поверхностях зубьев и выявлены конструкторско-технологические параметры его реализации;

- исследована структура и определена микротвердость диффузионного слоя зубьев протяжек, упрочненных сульфокарбонитридами;

- разработан способ моделированных стойкостных испытаний, определена форма связи между наработкой и износом зубьев, произведен выбор аппроксимирующей функции и выявлены параметры дисперсионного распределения стойкости упрочненных протяжек.

Общая методика исследований. Работа выполнена с позиций общего подхода к проектированию режущих инструментов. Процедура поиска приемлемых технических решений осуществлялась на основе теории проектирования металлорежущих инструментов с привлечением графовых моделей и их инвариантов для анализа и синтеза связей между факторами, составляющими предмет исследования. При разработке геометрической модели стружечной канавки и определении соотношений между параметрами ее конструктивных элементов использовался принцип гомотетии, а для установления расчетных зависимостей между параметрами протяжки и объемом припуска на шлифование боковых поверхностей зубьев были использованы свойства одинаковых степеней натуральных чисел рядов, образующих арифметические прогрессии. Полученные аналитические зависимости между конструктивными параметрами протяжки и технологическими параметрами операции шлифования входной части шлицевых ребер преобразованы на основе теории номографии в сетчатые номограммы, как в более удобный вид для практического применения. Наработка протяжек на износ для определения стойкостных характеристик осуществлялась многократным протягиванием прямоугольных брусков,

представляющих собой модель заготовки (способ защищен A.C. Кд 1423308), а обработка результатов~~ испытаний - производилась на основе метода наименьших квадратов и с использованием теории вероятности и математической статистики.

Научная новизна работы заключается в:

выявленных закономерностях взаимного расположения конструктивных элементов стружечной канавки протяжки по условиям беспрепятственного формирования стружки и ее свободного удаления из канавки;

- модели причинно-следственных связей факторов, содержащей угол ß как параметр, устанавливающий функциональную связь между конструктивными элементами стружечной канавки;

- форме поперечного сечения припуска и схемах его расположения на боковых поверхностях зубьев и аналитических зависимостях, обеспечивающих его наименьший объем (A.C. № 1202760);

- математической модели процесса шлицешлифования и зависимостях, устанавливающих связи между параметрами процесса;

вероятностной модели надежности протяжек, упрочненных сульфокарбонитридами, полученной на основе дисперсионного распределения стойкости по реализациям износа.

Практическая ценность работы состоит в рекомендациях по

- выявлению параметров конструктивных элементов стружечных канавок, обеспечивающих повышение ресурса стойкости протяжек, уменьшение затрат на их изготовление и повышение производительности процесса протягивания;

- определению наладочных параметров обработки скошенной части шлицевых выступов переднего направления многопроходных протяжек и прошивок на шлицешлифовальных станках и технологических параметров операции фрезерования шлицевых впадин зубьев на фрезерных станках;

- повышению технологичности протяжек при шлицешлифовании, уменьшению трудоемкости обработки, повышению размерной стойкости шлифовальных кругов и уменьшению расходов абразивного и правящего алмазного инструмента;

- установлению периодов регламентированной смены протяжек, упрочненных сульфокарбонитридами и величин их нормативного расхода.

Реализация работы. Результаты работы внедрены на Чаренцаванском инструментально-производственном объединении (ЧарИПО), предприятии "Титан" (Республика Армения) и на Минском головном заводе шестерен (Республика Беларусь). Часть разработок передана на Московский инструментальный завод для реализации в своем производстве. Результаты работы были использованы в организованной в ЧарИПО ВНИИинструментом (г.Москва) отраслевой базовой лаборатории по государственным испытаниям протяжек в рамках б. общесоюзной системы управления качеством инструментальной продукции.

Апробация работы. Основные положения работы рассматривались и обсуждались на научно-практических семинарах Армянского республиканского Дома Техники, заседаниях кафедры "Металлорежущие станки и инструменты" (МСиИ) Армянского государственного инженерного Университета (АГИУ), кафедры "Инструментальная техника и компьютерное моделирование" Московского государственного технологического Университета "СТАНКИН", а также на совместном заседании технического Совета ЧарИПО и кафедры МСиИ АГИУ, по которому имеется положительное Заключение.

Публикации. По материалам выполненных исследований и разработок опубликовано одиннадцать печатных работ, в том числе три изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложения. Материал изложен на213 страницах машинописного текста, содержитрисунок, ЗД таблиц и список литературы изЩ[ наименований.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются основные научные положения и новизна решений, а также рассматривается ее практическая ценность.

В первой главе рассмотрены основные этапы и пути совершенствования протяжного инструмента, и дан анализ проблем, связанных с повышением его эффективности; приведена модель соответствия параметров конструктивных элементов шлицевых протяжек характеристикам надежности и установлены связи между ними; предложена графовая модель причинно-следственных связей факторов, влияющих на эффективность, а также разработан инвариант модели в виде орграфа, позволяющего построить матрицу инцинденций, с помощью которой выделяется информация в виде разделяющихся множеств для

установления локальных связей, влияющих на ту или иную характеристику надежности, а в конечном счете, и на эффективность...На основании такого анализа сформулирована цель исследований и поставлены следующие задачи:

- выявить и исследовать функциональные связи между параметрами конструктивных элементов протяжки по условиям беспрепятственного образования стружки и ее свободного удаления из канавки;

- разработать способ шлифования наклонных поверхностей входной части направляющих щлицевых ребер многопроходных протяжек и прошивок; определить зависимости между параметрами конструктивных элементов ребер и технологическими параметрами операции шлифования;

- разработать способ формирования припуска наименьшего объема на шлифование боковых поверхностей шлицевых выступов зубьев и получить расчетные формулы для его оценки, выявить конструкторско-технологические параметры реализации способа;

- исследовать состояние диффузионного слоя рабочих поверхностей зубьев протяжек, упрочненных сульфокарбонитридами, выявить статистические характеристики стойкости и разработать вероятностную модель надежности.

Во второй главе предлагается краткий обзор влияния параметров стружечной канавки на характеристики эксплуатационной надежности протяжки, рассматривается механизм взаимодействия конструктивных элементов канавки и образующейся при протягивании стружки, а также исследуется влияние конструктивных элементов на размер шага и толщину зуба. Отмечая оптимальность форм и размеров рекомендуемых профилей канавок, указывается на отсутствие общих расчетно-аналитических зависимостей, определяющих характер взаимного влияния параметров их конструктивных элементов. Предлагается ориентацию спинки зуба относительно остальных элементов стружечной канавки увязать с требованием беспрепятственного формирования стружечного валика и его свободного удаления из канавки. Для удовлетворения этих требований проблема анализируется с позиций обеспечения гомотетии вершины зуба протяжки и точки Г сопряжения спинки зуба дугой окружности дна стружечной канавки. Для канавки с любой формой спинки зуба условием беспрепятственного формирования и удаления стружки из канавки будет МК)>МК (рис.1). Это

Рис.1. Схема определения предельного положения точки 5:

а - для прямолинейной спинки зуба; б - для криволинейной спинки зуба.

м I-

Рис.2. Схема определения наибольшей толщины зуба с криволинейной спинкой

условие" определяется параметрическим^ углом (3, который связывает между собой все параметры конструктивных элементов канавки h, г, у, а> и R.

Для стружечной канавки с прямолинейной спинкой зуба требование свободного стружкоудаления удовлетворяется при coi < а (рис. 1а), где

igco-rí(h- г)cosy- tgy (1)

а для стружечной канавки с криволинейной спинкой зуба - при MKi>MK, т.е. при условии

(t -S) - [г-(h - r)siny]/cosy > Rcosff, - (R- r)cosß (2)

где угол ß рассчитывается из зависимости

tgß=(h - r)cosy/[r - (h - r)siny] (3)

а угол вы - из зависимости (рис. 2)

sind» = (I - r/R) sinß- (h • r)/R (4)

Наиболее важным конструктивным параметром стружечной канавки является толщина зуба по задней поверхности g. С ее увеличением прочность и жесткость зуба увеличиваются, увеличивается и число возможных переточек. Однако с увеличением g, при неизменности других параметров канавки, вероятность защемления стружечного валика в канавке повышается. Выявлено, что наибольшая толщина зуба с прямолинейной спинкой, при которой защемления не будет, определяется из соотношения (рис, 1а):

'¿тех =(-/'•+ (h-r)/cosca]/sinco ( 5)

а в случае канавки с криволинейной спинкой зуба (рис. 2):

gs, = t-Rsin(ß-es)/sinß (6)

В формулах (1), (2), (3), (4), (5) и (б) со - уюл наклона прямолинейной спинки зуба; h- глубина канавки; г - радиус дуги окружности дна канавки; у -передний угол зуба; t - шаг; g - толщина зуба по задней поверхности; R - радиус дуги окружности криволинейной спинки зуба; ß - параметрический угол; gmax и gN - максимально возможная толщина по задней поверхности соответственно зуба с прямолинейной спинкой и криволинейной, по условиям беспрепятственного формирования стружки и свободного удаления стружечного валика из канавки.

Толщина зуба протяжки с прямолинейной формой спинки и передним углом у = 15°, рассчитанная по формуле (5), совпадает с толщиной зуба по всему ряду стандартных шагов (см. табл. 1).

При у > 15° стандартная толщина зуба больше расчетной (максимально допустимой), что указывает на повышенную вероятность защемления стружечного валика при протягивании, а при у < 15° расчетная толщина зуба больше стандартной, что обеспечивает свободное выпадение стружки из канавки. Однако, при протягивании материалов, образующих сливную стружку, в ряде случаев необходимо назначать угол у больше 15°, что неприемлемо для прямолинейной спинки, и по этой причине стандартную форму канавки с прямолинейной спинкой зуба рекомендуется применять только при протягивании материалов, которые не образуют стружечных валиков.

Таблица 1. Параметры канавки с прямолинейной спинкой зуба

Параметры стандартной канавки (фрагмент стандартного ряда шагов), мм

1=8; Ь=2,7 1=12; Ь=4,5 1=18; Ь=7,2 1=22; И=9

г= 1,5; ё=3,5 г=2,5; g=4,5 г=4; г=5; 8=7

У0 со° §тах, мм со0 §тах, мм <0° ¿этах, мм (0°

0 51,34 3,62 51,34 4,70 51,34 6,32 51,34 7,40

10 47,54 3,55 47,54 4,59 47,54 6,15 47,54 7,19

15 45,74 3,51 45,74 4,51 45,74 6,02 45,74 7,02

10 44,02 3,44 44,02 4,40 44,02 5,85 44,02 6,81

25 42,39 3,36 42,39 4,27 42,39 5,64 42,39 6,55

В отличие от канавки с прямолинейной спинкой, стандартная канавка с криволинейной спинкой отвечает условиям свободного удаления стружечного валика по всему ряду шагов и при всех углах у (см. табл. 2).

Максимально допустимая толщина зуба gЛг, рассчитанная по формуле (6), оказывается всегда больше стандартной, а это значит, что на величину обнаруженной разницы А§ можно или увеличить толщину зуба стандартной канавки и тем самым сделать зуб более прочным, жестким и допускающим большее количество переточек, т.е. повысить долговечность протяжки, или уменьшить на ту же величину шаг, что повлечет за собой уменьшение машинного времени при протягивании и уменьшение расходов при ее изготовлении.

Таблица 2. Параметры канавки с криволинейной спинкой зуба

Параметры стандартной канавки (фрагмент стандартного ряда шагов), мм

1=12; 1=16; И=7 1=20; Ь=5 ; 1=26; 11=10;

У° г=2,5; В; г=3,5; 11; г=4,5; Я= 14; II •Ч1 16;

Е=4 ё=5 ё=6 8=10,5

мк, МК МК, МК гм МК] МК МК, МК

0 5,5 4,0 5,5 7,5 5,5 6,9 9,5 7,1 8,4 10,5 8,0 13,0

ЛВ=1,5 АЕ=2,5

МК) МК МК| МК МК, МК МК, МК

15 6,1 4,4 5,6 8,3 6,1 ... 7,2 10,5 7,9 8,7 11,7 8,9 13,3

Аg=I,б Лё=2,7

МК; МК ек МК, МК gN МК, МК МК, МК

25 6,4 4,7 5,6 8,8 6,6 7,2 11,1 8,4 8,7 12,3 9,5 13,3

АЕ=1,6 ... Лг=2,2 Дg=2,7

Исследование закономерностей взаимного расположения конструктивных элементов стружечной канавки позволило ввести в практику проектирования протяжного инструмента параметрический угол р, как один из факторов, который влияет на толщину зуба и шаг по условию беспрепятственного образования стружки и ее удаления из канавки, что отражено в предлагаемой орграфовой модели причинно-следственных связей факторов, влияющих на шаг и осевые размеры протяжки (рис. 3). Использование параметра р в качестве элемента модели позволило раскрыть внутренние связи взаимного влияния параметров всех конструктивных элементов стружечной канавки и установить качественные и количественные характеристики этого влияния.

Рис.3. Орграфовая модель причинно-следственных связей факторов, влияющих на шаг и осевые размеры конструктивных элементов протяжки

В третьей ~ главе разрабатывается и исследуется новый способ формирования наклонных поверхностей скосов входной части шлицевых направляющих ребер многопроходных протяжек и прошивок. Соблюдая принцип производственной целесообразности при частичном изменении различных технологических приемов механической обработки в условиях установившегося технологического процесса, обработку скошенной части ребер предлагается производить на шлицешлифовальных станках. Образование поверхностей скосов основано на принципе их копирования шлифовальным кругом (рис.4). Метод предполагает замену плоских исходных поверхностей цилиндрическими, коническими или другими поверхностями. Исходя из функционального назначения передней направляющей части протяжек такое допущение возможно, так как оно никак не отражается на их эксплуатационных показателях и в то же время создает возможность качественной и эффективной обработки с любыми углами наклона скошенной части. Способ обеспечивает получение беспороговых поверхностей на направляющих ребрах и позволяет отказаться от малоприспособленных для этой операции, заточных станков с ручным управлением. Шлифование поверхностей производится "в упор" с обеспечением угла скоса (3 (рис. 4а). Этот параметр регулируется в процессе наладки настроечным размером X с помощью упоров реверса стола станка: 2X=DKp sm(fa-Q) (7)

где sin 0 - i/DKp соф0 (8)

Диаметр выбранного шлифовального круга проверяется по условию DK/2[l-coS(p„-e)] <Л (9)

Длина скошенной части получается за счет движения вертикальной подачи шлифовальной бабки станка на каждый полный оборот протяжки. Регулировать размер / настроечным размером X (упорами реверса стола станка) нельзя, т.к. это приведет к изменению угла (30В формулах (7), (8) и (9) DKp - диаметр шлифовального круга; р0 -величина бокового угла скоса входной части направляющего ребра; I - длина скошенной части ребра; 0 - угол, который соответствует длине скошенной части; Д - глубина канавки у основания шлица.

Рис. 4. Разработка способа шлифования входной части шлицевых направляющих ребер протяжки

Остальные наладочные параметры операции шлифования скосов ------

рассчитываются исходя из толщины, количества и диаметров шлицевых выступов и впадин передней направляющей части протяжки (рис. 4 б, в). На основании расчетной схемы (рис. 4г) получены зависимости, по которым построены сетчатые номограммы для выбора шлифовальных кругов и установки настроечных размеров X с охватом диапазона углов скоса ро до 10° и диапазона диаметров шлифовальных кругов от 150 мм до 200 мм.

Четвертая глава посвящена проблеме повышения эффективности формирования боковых поверхностей и режущих кромок зубьев шлицевых протяжек. Основываясь на особенностях построения шлицевых рядов зубьев и расчетно-аналитических зависимостях выявлено, что: суммарная длина боковых режущих кромок шлицевых зубьев в десятки раз превышает длину, минимально необходимую для осуществления процесса протягивания; процесс шлицешлифования характеризуется нсстационарностью выходных параметров вследствие постепенного увеличения площадей шлифуемых боковых поверхностей зубьев вдоль шлмцевого ряда; наличие на боковых поверхностях шлицевых выступов зубьев сплошных участков, не прерываемых стружечными канавками, приводит к увеличению объема срезаемого припуска, резкому ухудшению условий шлифования, выделению большого количества тепла, и, в конечном счете, к снижению качества и производительности обработки.

Разработанная геометрическая модель процесса шлифования боковых поверхностей шлицевых выступов зубьев (рис.5) позволяет исследовать условия взаимодействия шлифовального круга и обрабатываемых поверхностей и определять выходные параметры процесса. Модель учитывает, что шлифованная поверхность образуется в результате одновременного действия как геометрических факторов, присущих процессу резания, так и пластических деформаций, сопровождающих этот процесс.

Модель позволила получить максимальную и срединную толщину срезаемого слоя припуска, приходящегося на одно зерно, расположенного на дуге окружности радиуса R« любой зоны шлифовального круга:

а1ср= 80 Vcm ßSin(/j/kRü) /n,Jc[Rv - (lrl)ß Cos в J (10)

где Vcm - скорость продольного перемещения стола станка, м/мин; п^ - частота вращения шлифовального круга, об/мин; ц - среднее расстояние между

абразивными зернами, мм; к - коэффициент, определяющий долю абразивных зерен, участвующих в работе резания; 9 -л / п ■ половина угла профиля шлифовального круга; X¡ - порядковый номер зоны расположения абразивного зерна.

Выражение (10) раскрывает качественную и количественную характеристику работы режущего абразивного зерна и устанавливает связь между технологическими параметрами операции шлифования и пшп, конструктивными параметрами обрабатываемой протяжки, опосредованные через в и Rx¡ и параметрами абразивного круга ц, к и ?.,.

Из выражения (10) следует, что в случае увеличения скорости продольной подачи Vcm, что необходимо для повышения производительности обработки, срединная толщина стружки, срезаемая одним зерном, увеличивается, что свидетельствует о дополнительной нагрузке на него. Для компенсации этой нагрузки необходимо увеличить частоту вращения шлифовального круга пшю т.е. увеличить скорость резания VKp. С уменьшением диаметра расположения абразивного зерна на режущем контуре шлифовального круга (Км уменьшается, а Л, увеличивается), срединная толщина срезаемой стружки увеличивается, что также следует из выражения (10), и как следствие этого, увеличивается нагрузка на зерно. Поэтому с целью улучшения выходных параметров операции шлицешлифования, необходимо пользоваться шлифовальными кругами возможно больших диаметров.

Получены условия наиболее предпочтительного построения процесса шлицешлифования, определяемые через связи между количеством шлиц протяжки (величиной центрального угла 0 между шлицами), величиной подачи на зуб S2 и глубиной шлифования 8. Показано, что процесс шлицешлифования ухудшается с уменьшением 6. В особо тяжелых условиях находится периферийная зона шлифовального круга, на долю которой приходится наибольший объем срезаемого припуска. Объем стружки, срезаемой одним зерном этой зоны за время одного реза определяется зависимостью Vbi= 8OVcJSin20(¿yl+ZV2+ZV3+...+dZVj)/numRl5kI.lz¡_Zp (11)

где (¿V¡ +1У2+2Уз+.■ ■ +d¿VjJ - суммарный припуск, срезаемый периферийной зоной шлифовального круга шириной v за один рабочий ход стола станка с боковых поверхностей режущих зубьев; Yizi-zP - суммарная длина боковых поверхностей шлицевых выступов режущих зубьев каждая шириной Sz вдоль

оси протяжки от первого зуба и до последнего, а объем стружки, срезаемый абразивным зерном за один рабочий ход стола станка будет равен:

ZVm;-0,08ßSin2e (lV,+B''2+iy3Jr-+öZVJ)/ RhSk (12) На основании модели определена производительность с единицы номинальной поверхности зоны контакта круга шириной v и боковой поверхностью шлицевых выступов зубьев:

W, =6Y1V„ (IV^EV^ZV^... +0ZVjJ /«„V (Zp-Z,+l)f2gl,+S:(Zp-Z,+2)J мм/с (13)

Расчетно-аналитические зависимости и таблица 3, содержащая выходные параметры процесса шлифования, позволяют утверждать, что с увеличением количества шлиц п протяжки увеличивается количество зерен в зоне контакта, т.к. увеличивается зона контакта v, и если ширина зоны контакта перекрывает всю ширину обрабатываемой поверхности, тогда количество одновременно работающих зерен будет наибольшим, периферийная зона шлифовального круга окажется максимально перегруженной, абразивный путь режущих зерен будет максимальной длины, что приведет к неблагоприятным термодинамическим и теплофизическим последствиям, а сам процесс будет напоминать шлифование торцем круга. В наиболее неблагоприятных условиях окажутся боковые поверхности шлицевых выступов зубьев, имеющие сплошные участки, не прерываемые стружечными канавками. Полученные в работе расчетно-аналитические зависимости позволяют производить количественную оценку объемов припусков при шлифовании боковых поверхностей различного конструктивного исполнения.

В работе утверждается, что из всех существующих способов повышения производительности обработки наиболее эффективными и универсальными являются способы, которые направлены на уменьшение величины срезаемого припуска. Выдвигается рабочая гипотеза, что если учитывать конструктивные особенности построения шлицевого ряда зубьев протяжек, работающих по генераторной схеме резания, то можно, применив определенный технологический прием при фрезеровании шлиц (A.C. № 1202760), сосредоточить припуск на шлифование боковых поверхностей в тех областях шлицевых выступов (рис. 6), где должны формироваться участки боковых режущих кромок минимальной, но достаточной длины для осуществления процесса протягивания и что объем этого припуска окажется меньше того объема, если бы он предназначался для всей боковой поверхности.

Таблица 3

Выходные параметры шлифования боковых поверхностей шлицевых выступов зубьев протяжки

9

град.

V,

мм

R*

мм

Vi град.

Uicp 10<

ММ3

Vi * 102 мм3

£V„ *10г ММ3

Wv*104 мм3

Eni).

S*=0,15 мм/с; Zc=20; g„=7 мм; V„=Sm/mhh; И,„„=3000 oG/шш; S=0,08 мм; Ri=75mm; ц=0,3 mm; K-0,15

10

30

18

0,185

0,185

0,272

0,272

1

16,24

11,02

75

72,562

75

72,406

3,743210

3,805597

4,761961

4,846560

1,13066

1,16865

,13066

1,5168

1,6272

1,5168

1,17117 1,6275 0,354

____

5,051

0.392

0,0408

0,0382

0,0793

0,0439

3,49943

0,28071

3,62922

0,17242

4,50395

8,97008

4,68485

5,54797 206

145

140

214

Si=0,15 мм/с; Zc=20; gp=7MM; V„=8 м/мнп; Пш„=3000 об/ми»; 5=0,05 мм; Ri=75 мм; ц -0,3 мм: К=0,15

30

0,115

0,115

1

25,98

75

72,502

2,959070

3,009628

1,13066

1,16962

1,5168 1,929

1.6232

0 083

0,0123

0,0129

2,13832

0,09518

2,76651

3,05867

90

0,170

75

3,764254

1,13066

1,5168

2.913

0,0236

2,19163

2,82729

134

10

18

0,170

17,63

72,309 3,833680 1

1,17274

1,6318 0,501

0,0492

0,39096

10,47750 129

Sï=0,15mm/c; Л =20; gp=7 мм, Vn=8 м/мин; Пшп-3000 об/мин; 8=0,08 мм; Rj=75 мм; ц=0,2 мм; К=0,15

30

0,185

0,185

1

16,24

75

72,562

3,743210

3,805597

0,75378

0,77910

0,6742

0,7203

5,051

0,392

0,0408

0,0382

1,55530

0,12476

4,50395 326

8,97008

316

0,272

75

4,761961

0,75378

0,6742

7.718

0,0793

0,84800

4,68485

481

10

0,272

11,02

72,406

4,846560

0,78078

0,7234 0,354

0,0439

0,04029

5,54797

464

Sz=0,I5mm/c; Zc=20; gP=7 мм; V„=8 м/мин; 11,™=301)0 об/мин; 6=0,05 мм; Ri=75 мм; ц=0,2 мм; К=0,15

30

0,115

0,115

1

25,98

75

72,502

2,959070

3,009628

«,75378

0,77975

0,6742

0,7214

1,929

0,083

0,0123

0,0129

0,95036

0,04230

2,76651

3,05867

204

197

0,170

75

3,764254

10

18

0,170

17,63

72,309

3,833680

0.75378

0,6742

2,913

0,0236

0,9740 6

2,82729

301

0,78183

0,7253

0,501

0,0492

0,17376

10,47750

290

П

мм

Рис. 6. Схема расположения припуска на шлифование боковых поверхностей а - зубьев по всему шлицевому ряду; б - одного шлицевого выступа зуба

Таблица 4 Классификация форм и схем расположения припуска

С* ег+ы расположения - П-рипуск<х_ н<Х шлиф^&яние

В соответствие с рабочей гипотезой разработаны схемы расположения припуска на шлифуемых поверхностях (см. табл. 4) и получены расчетные формулы количественной оценки их объемов для однопроходных и многопроходных протяжек. Разработан способ формирования припуска, и определены конструкторско-технологические параметры его реализации на фрезерных станках, выявлены граничные условия осуществления операции и получены аналитически зависимости, необходимые для проектирования шлицевых фрез и контроля толщины шлицевых выступов зубьев, фрезеруемой протяжки.

В пятой главе работы исследовано влияние термодиффузионного упрочнения протяжек, изготовленных из стали Р6М5, сульфокарбонитридами (СКН) на показатели их эксплуатационной надежности.

Поверхностное насыщение протяжек СКН осуществлялось в реакционном пространстве стандартной модернизированной шахтной печи типа США.5.7.5/6ЛО-1 при пиролизе жидкого карбюризатора на основе водного раствора карбамида и сернокислого натрия (технология разработана в Рост.НИИТМ). С целью определения состояния упрочненных слоев были проведены металлографические исследования, позволившие установить, что при упрочнении СКН в поверхностном слое зубьев протяжек образуется диффузионная зона глубиной 40...50 мкм, состоящая из внешнего тонкого оксидосульфидного слоя РеЭ, Ре^Оз, РезС>4 и зоны внутреннего насыщения -гетерофазного слоя, который представляет собой смесь насыщенных растворов основного металла с высокопрочными включениями карбонитридной фазы Мс2(ИС) - Мез(ИС), где мелкие выделения твердых частиц обволакиваются более вязкой, но достаточно твердой основой, образуя композицию высокой твердости, вязкости и теплостойкости. Переход от зоны упрочнения к основному металлу сопровождается плавным изменением состояния и свойств упрочненной зоны.

Для определения и сравнительной оценки стойкостных характеристик были испытаны три партии протяжек - упрочненные СКН, упрочненные и переточенные и неупрочненные (базовые). Условия испытаний в предлагаемых исследованиях обеспечивались по аттестованной в ВНИИинструменте методике моделированных испытаний и в соответствие с требованиями ГОСТ 28442-90. По результатам выходных параметров, для каждой партии протяжек были определены средняя величина, дисперсия и среднее квадратическое отклонение

стойкости, а также" вариация средней-стойкости ^ стойкость с заданной вероятностью. Оценка резко выделяющихся значений производилась с помощью критерия Груббса 6кр, а определение доверительного интервала и оценка существенности различия между средними показателями стойкости - с помощью критерия Стьюдента ^р. Используя критерий равенства дисперсий (критерий Фишера Р), определялась существенность различия качества сравниваемых партий протяжек. Установлено, что стойкость упрочненных протяжек в 2,3...2,5 раза выше стойкости неупрочненных, что объясняется не только наличием в упрочненной зоне карбонитридных фаз с повышенными физико-механическими характеристиками, но и тонкого приповерхностного слоя сульфидов и оксидов железа, исключающего налипание протягиваемого металла к задним поверхностям зубьев.

В соответствие с результатами испытаний произведен выбор теоретического закона распределения стойкости и получена оценка согласия по критерию Пирсона ■)} . Установлена связь между значениям» наработок протяжек на износ и износом зубьев, выявлена форма езязи, произведена аппроксимация эмпирических значений наработок методом наименьших квадратов. Сравнивая отклонения ординат аппроксимирующих функций (линейной, параболической и гиперболической) от своих эмпирических значении выявлено, что наилучшая аппроксимация обеспечивается линейной зависимостью, что указывает на стабильность скорости износа зубьев в исследуемом диапазоне наработок. Для упрочненных протяжек зависимость между наработкой и износом определяется выражением

1^-83,07+ 1011,821^ (14)

для упрочненных и переточенных

Т=-73,05 + 955,001ц (15)

и для протяжек базового исполнения

Т--35.90 + 417,211ц (16)

где Л, - средняя величина износа чистовых зубьев, мм.

Установлено, что удельный износ зубьев упрочненных протяжек в 2,43 раза ниже износа зубьев протяжек базового исполнения, а износ зубьев переточенных упрочненных протяжек всего на 6% выше удельного износа зубьев непереточенных, что свидетельствует о незначительном влиянии процесса переточек на изнашиваемость упрочненных протяжек при эксплуатации.

Усредненный удельный износ протяжек в партии является величиной конкретной, но образованной на основе удельных износов зубьев различных протяжек, входящих в партию, и так как для любого отдельно взятого инструмента, величина удельного износа своя и случайная, то и усредненный удельный износ является величиной случайной и, как было выяснено, подчиняющейся закономерностям линейной реализации. Исходя из этого, для упрочненных протяжек произведен расчет параметров дисперсионного распределения стойкости по реализациям износа (распределение Бернштейна) и получена функция распределения стойкости

Ф(Т)= (Т-233,68) / т/0,01871 +306,92 (17)

которая позволяет определять вероятность безотказной работы в течение определенного периода наработки

Р{1>Т}=1-Р(Т)=1- Ф[(Т-233,68) / ^0,0181* +306,92] (18)

и может использоваться при решении различных производственных задач и задач исследовательского характера.

Основные выводы по работе

1. При отсутствии альтернативы процессу протягивания по производительности и качеству обработки шлицевых отверстий, когда прямые затраты и затраты на амортизацию станочного оборудования минимальные, эффективность операции в большей мере определяется повышением эксплуатационной надежности инструмента при одновременном уменьшении его стоимости, т.е. определяется эффективностью самой протяжки.

2. Разработанная графовая модель причинно-следственных связей факторов, влияющих на эффективность шлицевых протяжек, объединяет множества, которые позволяют формировать показатели ожидаемой надежности при проектировании, показатели себестоимости при изготовлении и условия эксплуатации. Модель выявляет локальные замкнутые связи между характеристиками надежности, технического состояния протяжки, ее технического уровня и условий эксплуатации. Она является обобщающей для разработки системных моделей, ориентированных на различные автоматизированные системы проектирования и управления, в том числе и системы конструкторско-технологической подготовки производства.

-------3. При исследовании влияния конструктивных элементов стружечной

канавки на надежность протяжки выявлено, чтсГформнрование стружечного -валика при протягивании и его свободное удаление из канавки определяется формой спинки зуба и ее ориентацией относительно режущей кромки соседнего зуба. Выявлено, что параметром, осуществляющим функциональную связь между всеми конструктивными элементами стружечной канавки, является угол р, определяемый из условия гомотетичносш точки сопряжения дуги дна канавки со спинкой зуба и режущей кромки относительно центра окружности дугового участка, образующего центр гомотетии. С учетом этого параметра разработана графовая модель и матрица инциденций причинно-следственных связей факторов, влияющих на шаг и осевые размеры протяжки.

4. Установлено, что табулированный ряд параметров конструктивных элементов стружечных канавок с криволинейной формой спинки зубьев содержит определенный резерв, используя который, можно добиться увеличения толщины зуба по заднем поверхности при неизменности шага или уменьшения щага при неизменной толщине зуба.

5. Выявлено, что наклонно расположенные боковые поверхности ребер входной части ш лицевых выступов переднего направления многопроходных протяжек и прошивок можно обрабатывать на шлицешлифовальных станках, I! обработка этих поверхностей по предлагаемому способу исключает образование порогов на стыке между входной частью ребра и направляющей частью шлицевого выступа. Использование номограмм, разработанных на основе полученных аналитических зависимостей, повышает качество обработки и производительность операции шлифования.

6. Получены зависимости, позволяющие сравнивать объемы припусков, удаляемых при шлифовании с боковых поверхностей шлицевых выступов зубьев протяжек различного конструктивного исполнения. Выявлены условия наиболее предпочтительного построения процесса шлицешлифования и показано, что процесс ухудшается с ростом количества шлиц протяжки, и что в особо тяжелых условиях при обработке находится периферийная зона шлифовального круга, на долю которой приходится наибольший объем срезаемого припуска. Получена математическая модель, связывающая между собой параметры конструктивных элементов протяжки,

шлифовального круга и технологические параметры процесса шлифования боковых поверхностей шлицевых выступов зубьев.

7. Разработан способ получения припуска наименьшего объема фрезерованием и предложены формулы, по которым рассчитываются технологические параметры наладки станка и контроля протяжки в процессе обработки. Предлагается коррекционный расчет профильного угла фрезы, используемой при фрезеровании.

8. Выявлено, что при термодиффузионном упрочнении протяжек сульфокарбонитридами в поверхностном слое инструмента образуется диффузионная зона, состоящая из наружного оксидосульфидного слоя небольшой глубины и расположенного под ним более глубокого слоя внутреннего насыщения - гетерофазной зоны - с повышенными физико-механическими характеристиками. Переход зоны упрочнения к основному металлу сопровождается плавным изменением состояния и свойств упрочненной зоны, что практически исключает проблему адгезии слоя к основе. Антифрикционные свойства рабочих поверхностей зубьев обеспечиваются слоем сульфидов и оксидов железа.

Установлено, что стойкость протяжек, упрочненных сульфокарбонитридами в 2,3...2,5 раз выше стойкости неупрочненных. Линейность формы связи между износом зубьев и величинами наработок указывает на стабильность процесса резания в исследуемом диапазоне наработок. Получена функция распределения стойкости, являющаяся одной из характеристик надежности, которая позволяет определять вероятность безотказной работы протяжки в течение определенного периода наработки.

9. Практическое использование результатов работы в производстве обеспечивает:

а) при проектировании протяжек

- увеличение толщины зубьев по задним поверхностям;

- сокращение длины рабочей части;

б) при изготовлении протяжек

- повышение производительности и качества обработки входной части шлицевых выступов переднего направления многопроходных протяжек;

_уменьшение трудоемкости шлифования шлиц, повышение качества обработки и снижение расхода абразивного и "алмазного- правящего инструмента;

- уменьшение расхода инструментальной стали;

в) при эксплуатации протяжек

- повышение ресурса суммарной стойкости протяжек в пределах до 20% от нормативной вследствие увеличения толщины зубьев по задним поверхностям и увеличения количества переточек;

- сокращение времени на протягивание из-за уменьшения длины рабочей части протяжки и улучшения эргономических свойств входных ребер переднего направления;

определение норм расхода протяжек, упрочненных сульфокарбонитридами.

Результаты работы внедрены на ЧарИПО, малом предприятии "Титан" и использованы Минским головным заводом шестерен.

Основные положения диссертации изложены в следующих публикациях:

1. Саркисян Э.Г., Саркисян К.А , Саркисян Г.Т. Расчет фрез для обработки шлиц эвольвентных протяжек // Промышленность Армении. -Ереван, - 1975, №2.

2. Саркисян Э.Г. Определение коэффициента удельного удлинения стали Р6М5 после закалки // Информ. Лисгок серии 55.31.29 "Машиностроение" № 15. - Ереван: АрмНИИНТИ, 1982.

3. A.C. Хя 1038215 СССР. Способ изготовления абразивного инструмента на керамической связке / Э.Г.Саркисян (СССР). - 34Ü9747/25-0S, заявлено 17.03.82. Опубл. 30.08.83. Бюл. № 32.

4. A.C. Хя 1202760 СССР. Шлицевая протяжка / Э.Г.Саркисян,

A.О.Григорян, С.О.Геодакян (СССР). - 3550S54/25-08. заявлено 03.12.82. Опубл. 07.01.86. Бюл. Kg 1.

5. A.C. Хя 1423308 СССР. Способ испытания протяжек / Ю.И.Дворов,

B.А.Соколов, К.К.Саакян, Э.Г.Саркисян, Р.Г.Сафарян (СССР). - 4088447/2508, заявлено 07.07.86. Опубл. 15.09.88. Бюл. № 34.

6. Дворов Ю.И., Соколов В.А., Саркисян Э.Г. Испытания шлицевых протяжек//Станки и инструменты. Машиностроение. -1991. - № 6.

7. Саркисян Э.Г., Чуб С.Н., Чикиндас Л.Г., Григоров П.К. Влияние сульфокарбонитрирования на стойкость протяжного инструмента // Ереван, 1993. Деп. АрмНИИНТИ № 12-Ар93.

8. Саркисян Э.Г. Исследование влияния канавки на формирование стружечного валика при протягивании // Ереван,1993. Деп. АрмНИИНТИ № 28-Ар93.

9. Саркисян Э.Г. Исследование влияния конструктивных элементов канавки протяжки на размер шага и толщину зубца И Ереван, 1993. Деп. АрмНИИНТИ № 29-Ар93.

10. Саркисян Э.Г. Разработка способа и расчет технологических параметров операции шлифования скошенной части выступов переднего направления шлицевых протяжек и прошивок // Ереван, 1994. Деп. АрмНИИНТИ № 2-Ар94.

11. Саркисян Э.Г. Зависимость между конструктивными параметрами протяжек и объемом стружки, удаляемой с профилей шлицевых выступов зубцов при шлифовании II Ереван, 1994. Деп. АрмНИИНТИ № 3-Ар94.

Автореферат диссертации на соискание ученсш степени кандидата тех- " нических наук

Саркисян Э.Г.

Повышение эффективности шлицевых протяжек путем совершенствования и разработки новых способов консрукторско-технолошческого обеспечения их исполнительных параметров

Сдано в набор

Формат 60x90/16

Объем 1.6 уч. - изд. л.

Подписано в печать Бумага 80 гр/м2

Тираж 100 экз. Заказ №535

Издательство "Станкин" 101472, Москва, Вадковкип пер., З^4

ПЛД № 53-227 от 09.02.96г.

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

"СТАНКИН"

На правах рукописи УДК 621.919.2-45.001.63.002.2

САРКИСЯН ЭДУАРД ГУРГЕНОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ШЛИЦЕВЫХ ПРОТЯЖЕК ПУТЕМ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ НОВЫХ СПОСОБОВ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИХ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Специальность 05.03.01 - Процессы механической и физико-технической

обработки, станки и инструмент

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

В. А.Гречишников

Москва 1998 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................................... 6

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.............................................................................................14

1.1. Основные этапы и пути совершенствования протяжного инструмента...........................................................................................................14

1.2. Оценка надежности и эффективности протяжного инструмента...............................................................................................28

1.3. Формирование модели причинно-следственных связей факторов, влияющих на эффективность шлицевых

протяжек.....................................................................................................37

1.4. Анализ проблем, связанных с повышением эффективности протяжного инструмента...........................................................................47

1.5. Выводы по главе..................................................................................52

1.6. Цель и задачи исследования...............................................................53

ГЛАВА 2. ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ПРОТЯЖНОГО ИНСТРУМЕНТА НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СТРУЖЕЧНОЙ КАНАВКИ

НА ПРОЦЕССЫ СТРУЖКООБРАЗОВАНИЯ И УДАЛЕНИЯ СТРУЖКИ........................................................................................................-56

2.1. Влияние конструктивных элементов стружечной канавки на характеристики надежности протяжки (краткий обзор).........................56

2.2. Исследование влияния канавки на формирование стружечного валика при протягивании..........................................................................59

2.3. Исследование влияния конструктивных элементов канавки на размер шага и толщину зуба.....................................................................68

2.4. Формирование модели причинно-следственных связей факторов, влияющих на шаг и осевые размеры протяжки.....................81

2.5. Выводы по главе.................................................................................89

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОБРАБОТКИ ВХОДНОЙ ЧАСТИ ВЫСТУПОВ ПЕРЕДНЕГО НАПРАВЛЕНИЯ МНОГОПРОХОДНЫХ ПРОТЯЖЕК И ПРОШИВОК................................................91

3.1. Типы конструктивного исполнения входной части направляющих шлицевых выступов протяжек и способы их обработки......... 91

3.2. Разработка способа формирования боковых поверхностей входной части направляющих шлицевых выступов............................... 93

3.3. Разработка номограмм для определения наладочных параметров шлицешлифовального станка.................................................................. 99

3.4. Выводы по главе.................................................................................102

ГЛАВА 4. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ БОКОВЫХ РЕЖУЩИХ КРОМОК ШЛИЦЕВЫХ ЗУБЬЕВ.......................104

4.1. Анализ особенностей конструктивного исполнения боковых поверхностей и режущих кромок зубьев шлицевых протяжек....................................................................................................104

4.2. Определение минимальной длины боковых режущих

кромок шлицевых зубьев протяжки........................................................107

4.3. Признаки наличия сплошных участков боковых поверхностей зубьев шлицевых протяжек..........................................................111

4.4. Выявление зависимостей между объемом припуска на шлифование боковых поверхностей зубьев и параметрами конструктивных элементов протяжки.....................................................115

4.4.1. Определение объема припуска на шлифование боковых поверхностей шлицевых зубьев однопроходных протяжек и протяжек первых проходов из комплектов многопроходных.................................................................................................117

4.4.2. Определение объема припуска на шлифование боковых поверхностей шлицевых зубьев многопроходных

протяжек...................................................................................................127

4.4.3. Определение объема припуска на шлифование боковых поверхностей шлицевых зубьев корригированных

протяжек...................................................................................................151

4.5. Анализ основных направлений совершенствования

процесса шлифования........................'......................................................163

4.5.1. Особенности процесса формирования шлицевых

выступов зубьев протяжек шлифованием..............................................166

4.6. Разработка модели процесса шлицешлифования и

определение основных параметров, характеризующих

процесс.....................................................................................................168

4.6.1. Определение выходных параметров процесса шлицешлифо-вания и исследование условий работы шлифовального круга при обработке боковых поверхностей шлицевых выступов зубьев протяжки..................................................................................................177

4.6.2. Определение количества режущих зерен, расположнных по периметру производящей поверхности любой зоны шлифовального круга................................................................................................188

4.6.3. Определение производительности шлифования с единицы поверхности контакта между абразивным кругом и боковыми поверхностями зубьев протяжки...........................................................190

4.6.4. Выводы по разделу.......................................................................194

4.7. Разработка способа формирования припуска наименьшего объема на шлифование боковых поверхностей шлицевых выступов зубьев протяжек......................................................................................202

4.7.1. Расчет объема наименьшего припуска на шлифование боковых поверхностей шлицевых выступов зубьев протяжки............212

4.7.2. Конструкторско-технологические параметры операции фрезерования шлиц прямобочных протяжек с поднятием

заднего хвостовика................................................................................218

4.7.3. Выводы по разделу.......................................................................227

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРМОДИФФУЗИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ ПРОТЯЖЕК СУЛЬФОКАРБОНИТРИДАМИ НА ИХ НАДЕЖНОСТЬ......................................................................................229

5.1. Формирование фазового состава поверхностных слоев упрочняемого инструмента при сульфокарбонитрировании.............231

5.2. Определение и сравнительная оценка стойкостных характеристик упрочненных, упрочненных и переточенных протяжек и протяжек базового исполнения............................................................233

5.3. Установление теоретического закона распределения стойкости протяжек. Оценка согласия между эмпирическим распределением и теоретическим нормальным.................................................................244

5.4. Установление связи между наработкой и износом зубьев,

выявление формы связи и выбор аппроксимирующей функции. Аппроксимация эмпирических значений наработок и ее оценка.

Определение удельного линейного износа зубьев..............................248

5.5. Разработка вероятностной модели оценки надежности протяжек, упрочненных сульфокарбонитридами на основе распределения стойкости по реализациям износа. Определение параметров распределения...................................................................264

5.6. Выводы по главе.............................................................................269

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.......................................................................................272

ЛИТЕРАТУРА..............................................................................................277

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................................289

ВВЕДЕНИЕ ■

В условиях, когда производство рассматривается как непрерывно изменяющаяся технико-экономическая категория, функционирующая в соответствии с рыночными отношениями, когда наблюдается тенденция сокращения отечественного

машиностроительного комплекса, сопровождающаяся разрушением и утратой его технического и технологического потенциала, одной из актуальных научно-технических и социально значимых задач является сохранение и совершенствование наиболее прогрессивных методов механической обработки, к которым относятся и процессы протягивания.

Преимущество протягивания перед другими видами обработки резанием в производительности, точности и качестве обработанных поверхностей, простоте осуществления операции и обслуживании станка, высокой надежности процесса. Точность размеров обработанных поверхностей достигает 6 -ь 7 квалитета, шероховатость Яа=2,5-^0,32 мкм., а при применении твердосплавных выглаживателей точность увеличивается в 1,3-й ,5 раза, а шероховатость уменьшается до 11а=0Л6-н0,08 мкм. Процессы протягивания легко автоматизируются и вписываются в автоматические линии, что очень важно при массовом и крупносерийном производстве, а в ряде случаев, как напр., при обработке шлицевых отверстий, протягивание является наиболее целесообразным способом обработки.

При отсутствии альтернативы процессу протягивания по производительности и качеству обработки шлицевых отверстий, когда прямые затраты и затраты на амортизацию станочного оборудования минимальные, эффективность операции протягивания в большей мере определяется повышением эксплуатационной надежности инструмента при одновременном уменьшении его стоимости.

Осуществить выбор инструмента, основываясь на этом требовании, значит решить задачу сложную и противоречивую, т.к. процесс выбора сопровождается большим количеством

взаимосвязанных в том числе и взаимоисключающих факторов самой различной природы - организационных, экономических, технических и др. Использование покупного инструмента частично упрощает проблему выбора, но существенно снижает его эффективность, так как потребитель инструмента, являясь заинтересованной стороной, отстраняется от участия в его создании и не может влиять на качество изготовления и технологическую себестоимость. В случае использования покупных стандартных протяжек, проблема еще больше усугубляется по причине того, что ГОСТ на шлицевые протяжки при всех своих достоинствах, как и любой другой стандарт, содержит в своей основе усредненные исходные параметры, снижающие его эффективность, имеет ограниченную область применения и безадресную направленность и поэтому не может охватить в полной мере все многообразие требований, предъявляемых к производству и отразить динамику его развития, так как частая смена номенклатуры выпускаемых изделий, определяемая жизненным циклом производимой продукции, ее конкурентоспособностью и конъюнктурой рынка, непрерывно изменяет технологическую среду, обусловливая, таким образом, необходимость более гибкого подхода к ее организации и инструментальному оснащению.

Существующие методы проектирования и оптимизации конструкций и конструктивных элементов протяжного инструмента по тем или иным критериям позволяют конструктору-инструментальщику решать основную задачу, определяемую как создание инструмента высокой производительности, необходимой точности и отвечающему всем требованиям экономичности конструкции и эксплуатационной надежности. Этот этап создания инструмента отличается своей определенностью в соответствие с поставленной задачей, а его результатом является получение рабочего чертежа.

Этап конструкторско-технологической подготовки

производства, в отличие от этапа проектирования, направлен на выявление тех возможностей, которыми располагает производство для реализации идей конструктора, заложенных в рабочем чертеже инструмента. Во всей цепи производственного процесса создания

инструмента система подготовки производства является наиболее гибким звеном, где в полной мере и действенно проявляются прямые и обратные связи конструкторов и технологов с производством, его организацией и экономикой, и при котором сохраняются возможности внесения каких-либо изменений, связанных с конструкцией инструмента или с технологическим процессом его изготовления в соответствие с изменяющимися условиями внешней среды. Поэтому система конструкторско-технологической подготовки производства, помимо обязательного соответствия своему традиционному назначению, должна обладать еще и способностью адекватно реагировать на изменение внешних условий с последующим выбором наиболее оптимальных решений, связанных с производственным процессом, иметь необходимый и качественно новый набор различных конструкторских и технологических критериев, определяющих правомерность вносимых изменений, а технологический процесс -содержать альтернативные варианты отдельных операций для реализации этих изменений и направленных на повышение эффективности.

В этом отношении разработка и исследование новых способов конструкторско-технологического обеспечения исполнительных параметров протяжек с целью повышения их эффективности и надежности является актуальной задачей, а совокупность установленных при этом фактов и научно-обоснованных закономерностей составляет научную новизну.

Основными научными положениями предлагаемой работы являются:

- закономерности взаимного расположения конструктивных элементов стружечной канавки протяжки по условиям беспрепятственного формирования стружки при протягивании и ее свободного удаления из канавки;

- модель причинно-следственных связей факторов, содержащая угол р как параметр, устанавливающий функциональную связь между конструктивными элементами стружечной канавки;

- расчетные зависимости, используемые для формирЪвания входной части направляющих ребер многопроходных шлицевых протяжек;

аналитические зависимости между параметрами конструктивных элементов протяжки для определения объема срезаемого металла с боковых поверхностей шлицевых зубьев выступов при шлицешлифовании;

- форма поперечного сечения припуска и схемы его расположения на боковых поверхностях зубьев; аналитические зависимости, обеспечивающие наименьший объем припуска;

- математическая модель процесса шлицешлифования протяжек и зависимости, устанавливающие связи между параметрами процесса;

- форма связи между наработкой и износом зубьев протяжек; аппроксимация эмпирических значений наработок и их оценка;

- вероятностная модель надежности упрочненных протяжек, полученная на основе дисперсионного распределения стойкости по реализациям износа.

Новизна решений состоит в:

- использовании принципа гомотетии для установления зависимостей между параметрами конструктивных элементов стружечной канавки;

- наладочных особенностях процесса обработки направляющих ребер шлицевых протяжек и номограммах, используемых при этом;

- использовании свойств одинаковых степеней натуральных чисел рядов, образующих арифметические прогрессии для определения объема припусков на боковых поверхностях зубьев шлицевых протяжек;

- способе обеспечения формы поперечного сечения припуска наименьшего объема на шлифование боковых поверхностей шлицевых выступов зубьев (A.C. 1202760);

- способе моделированных стойкостных испытаний протяжек (A.C. 1423308).

В первой главе работы дается обзор основных этапов и путей совершенствования протяжного инструмента и раскрывается

состояние рассматриваемой проблемы; предлагается модель соответствия параметров конструктивных элементов шлицевых протяжек характеристикам надежности и модель причинно-следственных связей факторов, влияющих на эффективность протяжного инструмента; приводится анализ проблем, связанных с повышением эффективности шлицевых протяжек; формируется цель и задачи исследования.

Вторая глава посвящена определению параметров конструктивных элементов стружечной канавки в соответствие с разработанной моделью причинно-следственных связей факторов, влияющих на шаг и другие конструктивные параметры протяжного инструмента по условию беспрепятственного образования стружки и свободного удаления ее из канавки.

В третьей главе предлагается разработка нового способа формирования входной части направляющих ребер многопроходных шлицевых протяжек и выявление зависимостей для наладки станка и осуществления процесса обработки.

В четвертой главе

- проведен анализ и исследование конструктивных особенностей построения шлицевого ряда зубьев прямобочных шлицевых протяжек, определены пути повышения эффективности операции шлицешлифования, выявлены зависимости между объемом шлифуемого припуска с боковых поверхностей шлицевых выступов зубьев и параметрами конструктивных элементов однопроходных и многопроходных протяжек обычного исполнения и протяжек корригированных;

разработана математическая модель процесса шлицешлифования протяжек, определены факторы, влияющие на эффективность, получены выходные параметры процесса и исследованы условия работы шлифовального круга, определена производительность шлифования с единицы поверхности контакта между абразивным кругом и боковыми поверхностями шлицевых выступов зубьев;

- разработан и исследован способ формирования припуска наименьшего объ�