книги из ГПНТБ / Силаев, И. С. Система КАНАРСПИ в действии (основные направления повышения качества и надежности изделий)

мости. Когда детали не подходят друг к другу, то зачастую сочленение их производится с дополнительными нередко опас­ ными напряжениями.

Основные направления совершенствования технологиче­ ских процессов изготовления деталей из листового материала следующие:

широкое применение технологических процессов штампов­ ки, обеспечивающих необходимую точность и взаимную увяз­ ку размеров;

широкое использование новых типовых и стандартизован­

ных процессов, оснащенных типовой и универсальной оснаст­ кой;

максимально возможное использование технологических процессов, оснастки и оборудования, исключающих субъек­ тивное влияние исполнителя на качество деталей (процессы,

обладающие необходимой точностью производственного ис­

полнения, и процессы, обеспечивающие устойчивое качество) ; внедрение оборудования и приспособлений, расширяющих

технологические возможности материалов; совершенствование методов взаимной увязки деталей.

Эти направления наиболее полно реализуются в таких тех­

нических процессах, как:

вырубка, просечка, вытяжка, гибка-формовка деталей в

инструментальных штампах на механических прессах;

бездоводочная формовка деталей резиной на гидравличе­ ских прессах с удельным давлением 800—1000 кгс/см2;

фрезерерование_ заготовок по копиру на копировально­

фрезерных станках;

формообразование деталей резиной с применением сопут­ ствующих (охватывающих) блоков и протяжных рамок;

штамповка деталей из высококачественных сталей взры­

вом;

изготовление сложных деталей методом гибки с растяже­ нием;

технологический процесс изготовления деталей типа про­ филей из листовых высокопрочных материалов прокаткой на роликовой машине в холодном состоянии;

глубокая вытяжка с электроподогревом полых деталей

типа коробок (и других сложных форм) в штампе с универ­

формообразование деталей жидкостью; изготовление деталей типа обшивок на обтяжных прессах;

изготовление деталей с применением энергии электрогид-

равлического удара.

91

Ниже приведены некоторые особенности применения тех­ нологических процессов производства деталей из листа, по­ вышающих их качество и надежность.

При формировании деталей резиной по форм-блокам од­ ним из главных факторов, влияющих на качество деталей,

является образование складок в бортах. Устранение складок

ций, поэтому необходимо было разрабатывать другую осна­

стку и изменить технологию формования.

Рис. 18. График изменения точно­ сти деталей при формировании ре­ зиной в зависимости от удельного

давления:

1 — обычным способом; 2— с сопутст­ вующим формблоком

Отклонение от заданных размероб

C целью устранения этого нежелательного явления приме­ няют штамповку-вытяжку деталей резиной или полиурета­ ном при повышенных удельных давлениях 800—1000 кгс/см2

(рис. 18), а также штамповку по жесткому пуансону с ис-

92

ff ö

Рис. 21. Схема штамповки полиуретаном с высоким удельным давлением:

блоков (рис. 20). Штамповка-вытяжка деталей резиной или

высокое качество поверхности, дает возможность получения цельных деталей сложной формы и исключает доводочные работы.

В качестве другого примера можно указать на повышение качества деталей за счет изменения конструкции оснастки и материалов, применяемых при изготовлении оснастки.

Рациональным технологическим процессом является штам­

повка листовых деталей из высокопрочных сталей на листо­ штамповочном молоте с применением радиационного нагрева заготовок.

Известно, что изготовление деталей из малопластичных

материалов обработкой давлением требует применения обще­

го или местного нагрева заготовки. Наиболее распространен­

ным способом нагрева, применяющимся на заводах, является нагрев в электропечах различного типа. Основной недостаток этого способа заключается в том, что заготовку приходится переносить от печи к листоштамповочному молоту и устанав­

ливать на штамп. За время переноса и установки температу­ ра заготовки падает на 100—120°, поэтому заготовку необхо­ димо нагревать в печи выше оптимальной температуры. Для уменьшения остывания применяют предварительный нагрев

штампа, что связано с дополнительными трудностями и за­ тратами.

93

За последнее время все большее распространение получил

высокотемпературный радиационный нагрев листовых загото­ вок кварцевыми термоизлучателями перед штамповкой на листоштамповочных молотах. Нагревательная радиационная

установка представляет собой шкаф-тележку с выдвижным нагревательным экраном. Установка состоит из набора квар­ цевых термоизлучателей и общего отражательного экрана, из­

готовленного из полированного алюминиевого листа, и охлаж­

дается или проточной водой, или воздушными вентиляторами..

Кварцевые термоизлучатели представляют собой трубчатые

газонаполненные лампы из кварцевого стекла с вольфрамо­ вой спиралью, которая, нагреваясь до 2500° С, служит мощ­ ным источником инфракрасного излучения.

Холодная штамповка деталей с одновременной натяжкой

материала позволяет избавиться от пружинения и необходи­ мости ручной доводки; такая технология обеспечивает равно­ мерность толщины стенок и высокое качество поверхности.

Эффективными методами формообразования деталей из

кости (рис. 22). Основным преимуществом методов штампов-

Залидка и слив воды

Исходное

положение

диафрагмы и заготовки

Вакуум

Конечное положение,

диафрагмы и заготовки

Рис. 22. Схема электрогидравлической штамповки:

/ _ станина пресса; 2 —разрядная камера; 3 — электроды; 4 — кольцо прижимное; 5 — матрица; 6 — стол пресса

94

<

ки с использованием высоких энергий является то, что они дают возможность штамповать детали больших габаритов из

3000 мм и толщиной 15 мм из высокопрочных сталей. Точ­ ность формообразования — 0,1 мм на 1000 мм.

При штамповке взрывом процесс пластического деформи­ рования материала протекает со скоростью 100—300 м/сек. Это приводит к созданию в материале такого напряженного состояния, при котором увеличивается его пластичность и улучшаются механические характеристики. Как правило, по­ сле штамповки взрывом повышается усталостная прочность и уплотняется структура материала. Так, механические харак­ теристики металла повышаются в следующих размерах:

E — до 10%, ов — до 20%, выносливость к повторностатиче­ ским нагрузкам — на'15-20%.

Благодаря отсутствию жесткого пуансона и равномерному

нагружению заготовки создаются благоприятные условия для равномерного деформирования, возникает возможность полу­

чения равностенных деталей.

Использование энергии взрыва позволяет производить и объемную штамповку. При штамповке взрывом конических деталей, имеющих невысокие ребра жесткости, материал при­

обретает волокнистую структуру, при которой волокна имеют форму, близкую к форме ребер жесткости. Это также спо­

собствует повышению механических характеристик деталей.

Весьма эффективным способом получения бесшовных тонкостенных деталей формы тел вращения, имеющих повы­ шенную надежность, является ротационное выдавливание

(выдавливание с утонением из плоской или цилиндрической заготовки). Этот способ позволяет изготовлять детали с за­

данной переменной толщиной стенок, обеспечивает высокую точность обводов, повышает механические свойства за счет

по определенному режиму. При этом механическая прочность

значительно возрастает.

Близок к ротационому выдавливанию процесс раскатки, при помощи которого изготовляют тонкостенные сосуды вы­ сокого давления, тонкостенные оболочки переменного сечения и другие детали в форме тел вращения. Раскатка дает возмож­

95

ность получать ответственные детали без стыков, прочность их сильно повышается вследствие высокой степени деформа­ ции материала при обработке.

Заготовка для раскатки делается штамповкой или механи­ ческой обработкой в форме цилиндра или конуса.

Изготовление деталей механической обработкой. Одним

из самых распространенных технологических процессов в ма­ шиностроении является механическая обработка. Из года в год увеличивается объем механической обработки, возраста­ ют размеры, сложность конфигурации и твердость обрабаты­ ваемых деталей.

Долговечность и выносливость многих силовых элементов конструкции, подвергающихся механической обработке, обе­

спечиваются за счет:

высокой точности геометрических размеров;

прочные сплавы, широко применяемые в ответственных узлах многих машин.

Опыт показывает, что за счет улучшения качества поверх­ ности ответственных элементов конструкции можно повысить

долговечность на 1—2 порядка. Вместе с тем, ухудшение ка­

чества поверхности по сравнению с заданным уровнем может

деталей при действии местных повышенных нагрузок и кон­

т. д. Успешному решению этой задачи способствует широкое применение алмазных инструментов, алмазных притирочных паст, повышение класса точности станочного оборудования, повышение жесткости системы «станок-инструмент-деталь».

Физико-механические характеристики деталей при про­ чих равных условиях во многом зависят от совершенства та­ ких технологических операций как фрезерование, обработка цилиндрических поверхностей, нарезка и накатка резьбы, по­ верхностная обработка отверстий, слесарные операции.

При фрезеровании, точении и нарезании резьбы получе­ ние оптимальной макро- и микрогёометрии достигается при­ менением высококачественного инструмента, оборудования и оптимальных режимов обработки.

96

Заточка режущего инструмента вручную не дает возмож­ ности получить инструмент высокого качества. В целях улуч­ шения качества заточки инструмента применяются приспособ­ ления. Фрезы, заточенные в таком приспособлении, позволяют повысить чистоту поверхности радиусных переходов на одиндва класса. Аналогично решаются вопросы улучшения каче­ ства радиусных переходов при точении.

Наряду с указанным, повышение качества поверхности до­ стигается оптимальным выбором режима резания и выделе­ нием чистовых проходов. Когда финишную обработку уда­ ется проводить в условиях малого съема материала и низ­ ких нагрузок, не возникает чрезмерных напряжений в поверх­ ностном слое детали.

Серьезной проблемой является изготовление резьбы. Ме­ ста впадин и перехода от резьбы к цилиндрическому телу яв­ ляются зонами опасной концентрации напряжений, поэтому всегда необходимо обеспечивать, особенно для высокопрочны?: сталей, высокую чистоту поверхности болтов, работающих на

прогрессивным является метод накатки, при котором количе­

производстве занимает процесс образования резбы плашка­

ми, метчиками и резцами. Качество резьбы, образованной

этими видами инструментов, нестабильно и зависит от многих причин. Повышение надежности в этом случае связано с не­ обходимостью тщательного изготовления инструмента, при­ менения высокоэффективных смазывающе-охлаждающих жидкостей и правильным выбором режимов резания.

При изготовлении деталей арматуры важнейшей задачей

является тщательная очистка каналов деталей от заусенцев и окалины. Надежное выполнение этой операции требует при­ менения гидроабразивной обработки. Установки для такой обработки применяются на ряде заводов. В ряде случаев е целях повышения стабильности качества целесообразно при­

менять электромеханические способы изготовления отверстий в деталях арматуры, особенно когда речь идет о получении длинных и узких каналов.

Одним из важнейших условий прочности конструкции яв­ ляется качество силовых болтовых соединений, работающих в условиях переменных нагрузок. Сравнительно незначитель­ ное уменьшение чистоты поверхности болта или отклонение геометрических размеров может привести к его разрушению.

Как правило, при изготовлении цилиндрической части бол­

та применяются процессы абразивной обработки, в основном круглое шлифование. Болты из высокопрочных сталей требу­ ют весьма высокого качества как в отношении микрогеомет­ рии поверхности, так и в отношении состояния поверхност­ ного слоя. Процесс круглого шлифования в принципе удовле­ творяет требованиям точности и чистоты поверхности болтов, однако не обеспечивает стабильного качества поверхностного слоя, так как при незначительных колебаниях качества шли­

перейти от шлифования к таким видам абразивной обработ­ ки, которые производятся при невысоких скоростях резания и поэтому неопасны в смысле возникновения прижогов. Та­

шинство отверстий делается, как правило, при изготовлении детали, но часто производится разделка отверстий в процес­ се сборочных работ, на готовых узлах. Вследствие этого раз­ делка производится в крайне неблагоприятных условиях: де­ тали и инструмент имеют малую жесткость, а подходы для обработки затруднены. Зачастую обработка многих ответст­ венных отверстий производится вручную.

Как показали опыты, точность изготовления отверстий в очень большой степени зависит:

от точности изготовления развертки;

от точности и сохранности геометрии развертки как при заточке, так и в процессе работы;

точности и жесткости направляющих развертки во время работы;

выбора оптимального режима резания.

Поэтому для улучшения качества и повышения надежно­ сти силовых конструкционных элементов, имеющих отверстия, прежде всего должна быть резко повышена точность направ­

При всех операциях разделки рекомендуется применение

механической подачи, так как она дает более стабильное ка­ чество. Вместо переходов с глубиной резания 0,05 мм реко­

мендуются переходы с глубиной резания 0,01 мм. Такие ре­ жимы обработки позволяют получать минимальное остаточ­

98

ное напряжение в поверхностном слое при высоких макро- и микрогеометрических характеристиках поверхности.

В тех случаях, когда вследствие износа развертки или дру­

гих случайных причин отверстие выходит из допуска по ниж­ нему пределу, применяется доводка отверстия притиром C

ет тщательной отработки в каждом отдельном случае, поэто­ му оптимальные результаты могут быть получены при нали­ чии специального участка. В функции такого участка должно входить обеспечение нужного качества отверстий как путем отработки технологии, так и путем корректировки размеров и геометрии разверток.

Для обеспечения высокой прочности и надежности болто­

вых стыков при механической обработке необходимо выдер­

жать с высокой точностью заданные радиусы перехода от те­ ла болта к головке, размер фаски у отверстия в месте сопря­ жения с головкой болта и перпендикулярность оси отверстия к базовой плоскости под головку болта. Следует отметить,

что до сих пор в производстве при решении этих задач встре­ чаются значительные трудности. Однако некоторые техноло­

радиуса в месте перехода от тела болта к головке при токар­

ной обработке резцами, доведенными по радиусу алмазными

ция выполняется кругом, заправленным по радиусу.

При такой технологии гарантируются точное выполнение радиуса, высокая чистота поверхности и перпендикулярность

цилиндрической поверхности болта к плоскости головки.

Последующая обдувка радиусов перехода песком способст­ вует улучшению микрогеометрии и выравниванию местных

напряжений.

В зависимости от конструкции и технологии сборки фас­ ки на отверстиях выполняются или в деталях при механиче­ ской обработке, или в процессе разделки отверстий в собран­ ном узле (пакете). Выполнение фасок производится специ­ альными зенкерами с передней направляющей по отверстию, что обеспечивает их центричность.

Обработка базовой плоскости под головку болта произво­ дится зенкером с передней направляющей по отверстию или с передним и задним направлением по втулкам приспособ­ ления.

Обеспечение высокой точности изготовления деталей, сни­ жение затрат на изготовление специальной оснастки достига­ ется применением универсальной оснастки. Применение такой оснастки дает возможность обрабатывать детали групповым методом.

Широкое применение алмазных инструментов и алмазных притирочных паст способствует повышению надежности де­ талей. Весь инструмент для разделки стыковых мест целесо­ образно затачивать и доводить синтетическими алмазными кругами на специальных приспособлениях, что позволяет по­ высить класс чистоты обрабатываемых поверхностей, повы­ сить стойкость инструмента в 1,5—2 раза.

Большой эффект в обеспечении высокого качества окон­ чательной разделки отверстий в термообработанных деталях и узлах дает система принудительной замены и контроля инструмента, при которой в механических цехах разделочный инструмент на финишные операции выдается только на одну смену, а в агрегатных цехах — на разделку одного агрегата,

после чего инструмент проверяется.

Высокая точность обработки крупногабаритных деталей сложной конфигурации достигается с применением копиро­ вальных (фрезерных, токарных и др.) станков с гидравли­

можность обработки со стабильной точностью всей партаік цеталей, при этом точность обработки плоских фасонных де­

классу.

На обычных станках без программного управления прак­ тически невозможно стабильное получение такого высокогс класса точности и чистоты обработки сложных деталей.

На предел выносливости деталей оказывают влияние не

только финишные, отделочные операции, создающие опреде­ ленную чистоту поверхности, но и операции предваритель­ ной обработки. В процессе механической обработки под дей­ ствием сил резания и выделяемого тепла возникают термо­ пластические деформации, являющиеся причиной остаточных напряжений. Характер остаточных напряжений во многом определяет выносливость деталей. Особенно сильно влияние

этого фактора сказывается на высокопрочных сталях и тита­

лей. В некоторых случаях детали, имеющие остаточные *на

100