автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое повышение износостойкости нежестких цилиндрических направляющих

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА И ИЗНОСОСТОЙКОСТИ НЕЖЁСТКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

1.1. Применение нежёстких цилиндрических деталей в машинах

1.2. Современные способы обеспечения качества и износостойкости нежёстких цилиндрических деталей

1.3. Технологическое наследование

1.4. Перспективные технологические методы повышения качества и износостойкости деталей машин

1.5. Задачи исследований

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Методика проведения теоретических исследований

2.2. Методика проведения экспериментальных исследований

2.3. Установки и технологическая оснастка для импульсной микро-электромеханической обработки и лепесткового шлифования нежёстких цилиндрических деталей.

ГЛАВА 3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАЧЕСТВА ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ НЕЖЁСТКИХ ДЕТАЛЕЙ

3.1. Расчёт погрешности при обработке цилиндрических деталей

3.2. Изменение качества поверхностного слоя деталей при эксплуатации

3.3. Влияние технологического наследования на качество поверхностного слоя деталей машин

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА

И ИЗНОСОСТОЙКОСТИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

ПРИ ЭМО

4.1. Качество поверхностного слоя при ЭМО

4.2. Экспериментальные исследования изнашивания и формирования равновесного качества поверхностного слоя в период приработки

ЕЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ПОВЫШЕНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И СНИЖЕНИЕ СЕБЕСТОИМОСТИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НЕЖЁСТКИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ НАПРАВЛЯЮЩИХ КАРЕТКИ МАНИПУЛЯ

ТОРА - ПЕРЕКЛАДЧИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН.

5.1. Технологическое обеспечение исходной точности сопряжения: корпус-подшипник-направляющая

5.2. Технологическое повышение долговечности нежёстких цилиндрических направляющих каретки манипулятора-перекладчика

5.3. Расчёт экономической эффективности

В условиях жёсткой конкуренции важной проблемой в промышленности является повышение качества продукции. Один из основных показателей качества изделий машиностроения - долговечность - в значительной мере определяется износостойкостью поверхностей трения.

Актуальность проблемы. Нежёсткие цилиндрические направляющие находят широкое применение в различных механизмах робототехники, электронного машиностроения, станкостроения, авиационной, автомобильной и строительной техники. Большинство нежёстких цилиндрических направляющих, работают в условиях трения, то есть их долговечность определяется износостойкостью, зависящей от комплекса параметров качества рабочей поверхности. Поэтому такие детали, как правило, изготавливают из легированных сталей, подвергают химико-термической обработке и производят отделочную обработку. Нежёсткость деталей приводит к определённым трудностям на стадиях обработки, в частности короблению и необеспечению качества поверхностного слоя вследствие проявления технологической наследственности. Причём долговечность поверхностей трения в значительной мере определяется износом в период приработки.

В этой связи, безусловно, актуальными являются исследования, направленные на решение задачи по технологическому обеспечению и повышению долговечности нежёстких цилиндрических направляющих, работающих в условиях трения.

Целью работы является повышение долговечности нежёстких цилиндрических направляющих, работающих в условиях трения, с учётом проявления технологической наследственности и изменения качества рабочей поверхности в процессе приработки.

Объект исследования. Нежёсткие цилиндрические направляющие, качество поверхностного слоя и микроэлектромеханическая обработка.

Методы исследований. Теоретические и экспериментальные исследования по установлению механизма технологического наследования параметров качества поверхностного слоя деталей и их изменению при трении, с использованием математического метода планирования многофакторных экспериментов.

Научная новизна работы состоит в следующем: ч, впервые теоретически определено изменение шероховатости поверхности трения в процессе приработки;

- установлен механизм технологического наследования основных параметров качества поверхностного слоя деталей машин.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

1. Получены уравнения взаимосвязи параметров качества цилиндрических поверхностей от режимов электромеханической обработки (ЭМО) с учётом технологической наследственности, которые используются при расчёте оптимальных условий обработки;

2. Разработана и реализована технология обработки (микро-ЭМО и лепестковое шлифование) нежёстких цилиндрических деталей, позволяющая повысить их износостойкость;

3. Разработаны и изготовлены электронный блок и технологическая оснастка для микро-ЭМО деталей небольших диаметров;

4. Результаты исследований внедрены при обработке нежёстких цилиндрических направляющих роботов-манипуляторов, применяемых для прецизионных перемещений пластин кремния в микроэлектронике, что позволило повысить их долговечность в 1,9 раза.

На защиту автором выносятся следующие основные положения проведенного исследования:

- механизм изменения качества поверхностного слоя деталей в процессе приработки;

- механизм технологического наследования качества поверхностного слоя деталей машин;

- возможности повышения износостойкости нежёстких цилиндрических деталей применением микро-электромеханической обработки.

Апробация результатов исследования.

Основные результаты исследований докладывались на международных научнагтехнических конференциях: "Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века" (г. Севастополь, 1997, 1998, 1999); "Проблемы повышения качества машин" (г. Брянск, 1998); "Стандартизация и сертификация" (г. Брянск, 1999); на региональной научно-практической конференции "Новые идеи, технологии и инвестиции" (г. Брянск, 1999); на заседании кафедры "Автоматизированные технологические системы" Брянского государственного технического университета.

Результаты работы внедрены на ОАО "НИИ "Изотерм" при изготовлении роботов-манипуляторов, имеющих ряд цилиндрических направляющих для обеспечения прецизионных перемещений механизмов с высокой цикличностью работы. Манипуляторы-перекладчики типа "Овен" эксплуатируются на предприятиях микроэлектроники "Микрон", "Ангстрем" (г. Зеленоград). Общий экономический эффект, получаемый за счёт реализации новой технологии и повышения износостойкости нежёстких цилиндрических на-провляющих робота-манипулятора "Овен" составляет около 5 тыс. руб.

Публикаций, структура и объём работы. По результатам исследования опубликовано 10 научных работ. Диссертация состоит из введения, 5-и глав, основных выводов, списка используемых источников и приложения. Работа содержит 24 рисунка и 10 таблиц. Общий объём работы 10& страницы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Впервые предложена физическая картина изменения качества поверхностного слоя деталей машин в процессе приработки, получившая экспериментальное подтверждение.

2. Раскрыт механизм технологического наследования качества поверхностного слоя деталей машин.

3. Разработаны и изготовлены установка и техническая оснастка для импульсной микроэлектромеханической обработки нежестких деталей.

4. Получены эмпирические уравнения взаимосвязи параметров качества поверхностного слоя деталей и их износа от режимов импульсной микроэлектромеханической обработки с учетом явления технологического наследия.

5. Определено равновесное качество поверхностного слоя направляющих каретки манипулятора-перекладчика полупроводниковых пластин.

6. Предложена технология окончательной обработки нежестких направляющих (двухрезцовое точение - импульсная микроэлектромеханическая обработка - лепестковое шлифование), позволяющая получать качество рабочих поверхностей близкое к равновесному.

7. Реализация результатов исследований позволила повысить долговечность нежестких цилиндрических направляющих каретки манипулятора- перекладчика полупроводниковых пластин в 1,9 раза и получить экономию около 5,0 тыс. руб. на одном изделии.

1. Аскинази Б.М. Упрочнение и восстановление деталей электромеханической обработкой. - М: Машиностроение, 1989. - 200с.

2. Аскинази Б.М. Упрочняемость деталей машин электромеханической обработкой. //Вестник машиностроения. 1981 - № 1 - с. 19.

3. Базров Б.М. Причины образования погрешностей обработки деталей. -В кн.: Адаптивное управление станками. Под ред. Б.С. Баланикина. М.: Машиностроение, 1973. С. 61 136.

4. Базров Б М Технологические основы проектирования самоподнастраи-вающихся станков. М.: Машиностроение, 1978. 216 с.

5. Белоцкий А.Б., Винченко В.Н., Муха И.М. Ультразвуковое упрочнение металлов. Киев: Техника, 1989. - 160 с.

6. Белый A.A., Харченков B.C. Электрофрикционное нанесение тонких пленок трения // Технологическое обеспечение повышения качества и долговечности деталей машин. Тула, 1978. - с. 98 - 100.

7. Беспалов Б.Л., Глейзер Л.А., Колесов И.М. и др. Технология машиностроения. М.: Машиностроение, 1973. - 448 с.

8. Бирюков Б.Н. Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки. М.: Машиностроение, 1981. - 128 с.

9. Буше H.A. К вопросу о процессах, происходящих на поверхности трения механических материалов. Минск. Наука и техника, 1971. - с. 75 -77.

10. Гданевич А.И. Финишная обработка лепестковыми кругами. М.: Машиностроение, 1990,112 с.

11. Горленко А.О. Симкин А.З: Установка для импульсного электромеханического упрочнения деталей: информационный листок № 175-93. -Брянск: Брянский межотраслевой центр научно-технической информации.- 1993 -4 с. •

12. Гудков A.A., Петров H.A. Перспективы использования электрофизических, электрохимических и комбинированных методов формообразования поверхностей Деталей в машиностроении. M.: НИИмаш, 1981.-64 с.

13. Гусев A.A., Ковальчук Е.Р., Колесов И.М. и др. Технология машиностроения. М.: Машиностроение, 1986 - 480 с.

14. Дальский A.M. Технологическое обеспечение надежности высокоточных деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. - 223 с.

15. Домбровский Г.Г. Электроимпульсное упрочнение чистовых инструментов / Новое в электрофизической и электромеханической обработке материалов. JL: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1972. - с. 201 -202.

16. Допуски и посадки; справочник в двух томах / В.Д. Мягков, М.А. Палет, А.Б. Романов, В.А. Брагинский 6-ое издание перераб. и доп. Л. Машиностроение, 1982. - 41549 с.

17. Дроздов Ю.Н., Усов С.Б. Использование комбинированных технологических методов для повышения износостойкости деталей машин. / Вестник. Машиностроение, 1985. - № 10, - с. 9 - 10.

18. Дьяченко П.Е., Слинко Б.Л. Влияние микрогеометрии поверхностей цапф на работу подшипников из свицовистой бронзы. В кн.: Трение и износ в машинах. - М.: Изд-во АН СССР, 1950. - с. 25 - 40.

19. Качество машин: Справочник. В 2 т. т. 1./А.Г. Суслов, Э.Д. Браун, H.A. Виткевич и др. М.: Машиностроение, 1995.- 256 с.

20. Коваленко B.C. и др. Упрочнение деталей лучом лазера // B.C. Коваленко, Л.Ф. Головко, Г.В. Меркулов и др. Киев: Техника, 1981. - 131 с.

21. Коваленко B.C., Головко Л.Ф., Черненко B.C. Упрочнение и легирование деталей машин лучом лазера. Киев: Техника, 1990. 192 с.

22. Колев К.С., Дюнов A.B. К вопросу о точности токарной обработки нежестких валов // Известия высших учебных заведений. М.: Машиностроение, 1974, - № 10 - с. 139 - 143.

23. Костецкий Б.И. Трение, смазка и износ в машинах. Киев, 1970. - 396 с.

24. Крагельский И.В., Добыгин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение. 1977. - 526 с.

25. Крагельский И.В. Трение и износ в машинах. -М.: Машгиз, 1962. 384 с.

26. Кудинов В.А. Динамика станков. М.: Машиностроение, 1967. - 360 с.

27. Лившиц А.Л. и др. Электроимпульсная обработка металлов / А.Л. Лившиц, А.Г. Кравец, И.С. Рогачев и др. М.: Машиностроение, 1967. - 293 с.

28. Лившиц А.Л., Отто М.Ш. Импульсная элетротехника. М.: Энерго-атомиздат, 1983.-351 с.

29. Лившиц А.Л., Рогачев И.С., Отто М.Ш. Генераторы импульсов. М.: Энергия, 1970 - 224 с.

30. Любарский И.М. Повышение износостойкости тяжелонагруженных шестерен.- М.: Машиностроение 1985. 132 с.

31. Любимов В.В. и др. Приспособление для электрофизической и электрохимической обработки. -М.: Машиностроение, 1988. 174 с.

32. Максимов Ю.В., Анкин A.B. Исследование обрабатываемости нежестких валов из легированных сталей методом совмещенной режуще-деформирующей обработки // Тезисы докладов научно-технической конференции к 50-летию МАМИ. М.: МАМИ, 1989. - 195 с.

33. Маловечко Г.В., Паршев С.Н., Фудкина Н.Г. Формирование регулярной структуры поверхностного слоя металла при электромеханической обработке // Вестник машиностроения. 1989. - №6 - с.51-53.

34. Маслов Е.И. Теория шлифования материалов. М.: Машиностроение, 1974.-318 с.

35. Маталин A.A. Технология механической обработки. JL: Машиностроение, 1977.-464 с.

36. Миркин Л.И. Физические основы обработки материалов лучами лазера. М.: Изд-во Московского Университета, 1975. -383 с.

37. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. -М.: Наука, 1977. 270с.

38. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердого тела. М.: Мир, 19.80. 488 с.

39. Налимов В.В. Теория эксперимента. М.: Наука, 1981, 208 с.

40. Основы технологии машиностроения. Под ред. B.C. Корсакова. Изд. 3-е, доп. и перераб. Учебник для ВУЗов, М.: Машиностроение, 1977. 416 с.

41. Памнев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. - 152 с.

42. Паньков JI.A., Костин Н.В. Обработка инструментами из шлифовальнойшкурки. Ленинград: Машиностроение, 1988. 235 с.

43. Пуховский Е.С., Гавриш А.П., Грищенко Е.Ю. Обработка высокопрочных материалов. Киев: Техника, 1983 - 134с.

44. Рыжов Э.В. Технологические методы повышения износостойкости деталей машин. Киев: Наукова думка, 1984.-272 с.

45. Рыжов Э.В., Колесников Ю.В., Суслов А.Г. Контактное взаимодействие деталей машин при статических и динамических нагрузках. Киев: Наукова думка, 1983. -178 с.

46. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Улашкин А.П. Комплексный параметр для оценки свойств поверхностей трения деталей машин // Трение и износ, 1980. т. 1, № 3. - с. 436 - 439.

47. Ройх И.Л., Колтунова Л.Н., Федосов С.Н. Нанесение защитных покрытий в вакууме / М.: Машиностроение, 1976. 368 с.

48. Рыкалин H.H. и др. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник / H.H. Рыкалин, A.A. Углов, И.В. Зуев и др. М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

49. Семенов А.П. Создание износостойких и антифрикционных покрытий и слоев на поверхностях трения деталей машин новыми методами // Трение и износ. 1982 -т.З, № 3. -с.401-411.

50. Смравочник технолога-машиностроителя. В 2 т./ Под ред. А.Г. Косино-вой, Р.К. Шкулрякова, 4-е изд. М.: Машиностроение, 1988. - т.1 - 656 с.

51. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. М.: Машиностроение. 1987. - 208 с.

52. Суслов А.Г., Васильев A.C., Сухарев С.О. Влияние технологического наследования на качество поверхностного слоя деталей машин. / Известия ВУЗов. Машиностроение, № 1 -1999. - с. 14 -17.

53. Суслов А.Г., Горленко А.О., Сухарев С.О. Электромеханическая обработка деталей машин. Инжекторный журнал «Справочник», № 1 -1998, с.19 -21.

54. Суслов А.Г., Дюнов A.B. Теоретическое определение шероховатости Поверхности при двухрезцовой обработке с противоположным расположением резцов / Информационный листок № 8 80. - Орджоникидзе, Северо-Осетинский межотраслевой ЦНТП. - 1980. - 4 с.

55. Суслов А.Г., Петрешин Д.И., Сухарев С.О. Обеспечение качества поверхностного слоя деталей при эксплуатации. Инженерный журнал «Справочник», -№ 5 1999. - с. 16 - 29.

56. Сухарев С.О. Реализация принципа микроэлектромеханической обработки деталей новыми аппаратными средствами при упрочнении нежестких цилиндрических деталей. / Тезисы доклада региональной научно-технической конференции. Курган, КГУ, 1999. - с. 25 - 28.

57. Технология двигателестроения. Под ред. А.И. Дащенко М.: Машиностроение, 1992.-288 с.

58. Технология механической обработки и сборки в прецизионном станкостроении. Под ред. М.С. Якобсона. М.: Машиностроение, 1970. - 320 с.

59. Хасун А., Моригаки О. Наплавка и напыление. М.: Машиностроение, 1985.-240 с.

60. Хворостухин Л.А. и др. Обработка металлопокрытий выглаживанием. / JI.A. Хворостухин, В.Н. Машков, В^А. Торпачев и др. / М.: Машиностроение, 1980. 63 с.

61. Хрущев Н.М. Исследование приработки подшипниковых сплавов и цапф. М. Л. Издательство АН СССР, 1986. - 146 с.

62. Чичинадзе A.B. Теоретические и прикладные задачи типовой динамики и моделирования трения и износа фрикционных пар. / Проблемы машиностроения и автоматизации, 1986. - № 11 - с. 16-32.

63. Шнейдер Ю.Г. Холодная бесштамповая обработка давлением. Л.: Машиностроение, 1967. - 250 с.

64. Шорин В.А. Повышение работоспособности валов малой жесткости./ Сборник трудов международной научно-технической конференции «Точность и надежность технологических и транспортных систем». Пенза, 1999.-с. 68-71.

65. Яценко В'.К. и др. Повышение несущей способности деталей машин алмазным выглаживанием. / В.К. Яценко, Г.З. Зайцев, В.Ф. Притченко и др. М.: Машиностроение, 1985. - 232 с.