Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

Глава 2.10

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ И РАЗРАБОТКА НОВЫХ ПРОГРЕССИВНЫХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ

Понятие метод обработки включает в се­ бя все элементы технологической системы, порядок и режимы ее работы.

Новизна методов обработки определяет­ ся всеми компонентами технологической сис­ темы: станком (устройством), оснасткой, ин­ струментом. Каждый из компонентов может иметь собственную новизну или же создавать новизну системы в целом за счет определен­ ного сочетания известных компонентов. Сте­ пень новизны оценивают, в первую очередь по ее появлению в структуре или параметрах системы.

Совершенствование существующих и разработка новых методов обработки заклю­ чается в том, что доля затрат труда, необхо­ димого для разработки прогрессивных техно­ логий, непрерывно возрастает. Систематиза­ ция этой работы позволяет совершенствовать и создавать новые технологии, позволяющие повысить качество машин и снизить себе­ стоимость их изготовления. Для этого необхо­ димо широко использовать как накопленный опыт проектирования прогрессивных техно­ логий, так и новый системный подход, бази­ рующийся на единстве технологии проекти­ рования, производства и эксплуатации ма­ шин.

2.10.1. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ ДЕТЕЛЕЙ МАШИН

Практически все методы обработки ос­ нованы на механическом, физическом, хими­ ческом или их совместном воздействии на заготовку при определенной кинематике пе­ ремещений (рис. 2.10.1). В то же время любая изготовленная деталь имеет определенное функциональное назначение. Наряду с перво­ начальным позиционированием деталей в сборочной единице, определяемым точностью размеров, в процессе эксплуатации детали испытывают новое механическое, физическое или химическое воздействие при определен­ ной кинематике движений. Это приводит к изменению взаимного положения собранных деталей, потере точности, а иногда и к разру­ шению машин.

Все это говорит об идентичности про­ цессов воздействия на деталь как при ее изго­ товлении, так и в процессе эксплуатации, а следовательно, указывает на необходимость целенаправленного воздействия на детали при

обработке, исходя из их дальнейшего функ­ ционального назначения. Подтверждением этой концепции являются поверхности тре­ ния деталей, финишную обработку которых можно рассматривать как процесс приработ­ ки, обеспечивающий их равновесное состоя­ ние.

Рис. 2.10.1. Процесс обработки заготовки на любой операции

При эксплуатации отдельные участки одной и той же рабочей поверхности имеют различное механическое, физическое и хими­ ческое воздействие, что сказывается на их долговечности. Это относится:

кцилиндрическим, сферическим и кри­ волинейным поверхностям трения (подшип­ ники скольжения, чашки дифференциала заднего моста автомобиля, кулачки распред­ валов, рабочие поверхности зубьев и др.);

кцилиндрам двигателей, к цилиндриче­ ским и коническим подшипникам качения;

крабочим поверхностям катания желез­ нодорожных рельсов и колес;

крезьбовым соединениям;

крабочим поверхностям режущих и де­ формирующих инструментов и т.д.

Большинство деталей машин, их соеди­ нений и инструментов работают при изме­ няющихся условиях эксплуатации (скорости, нагрузки, температуры). Рабочие поверхности трения таких деталей и инструментов должны обладать быстрой прирабатываемостью. Есте­ ственно, что для повышения долговечности таких деталей, соединений и инструментов необходимо при изготовлении обеспечить различные эксплуатационные показатели, а в большинстве случаев создавать новые поверх­ ностные слои, обладающие быстрой прираба­ тываемостью. Всё это ставит задачу целена-

Так как эти детали работают при посто­ янно изменяющихся режимах, необходимо, чтобы их поверхности обладали быстрой прирабатываемостью. Это лучше обеспечивается, если поверхности имеют чередующиеся мяг­ кие и твердые участки. Получить такую по­ верхность можно, если току придать импульс­ ный характер. Так появилась импульсная ЭМО.

Различные участки рабочих поверхно­ стей зубьев наряду с тем, что они работают при различных условиях, должны также обес­ печивать совершенно разные эксплуатацион­ ные свойства. Так, у их основания должно обеспечиваться сопротивление усталости на участке у делительной окружности — кон­ тактная прочность; на остальных участках боковой поверхности — износостойкость. Это характерно особенно для силовых зубчатых передач. Очевидно, что принятые технологии обработки боковых поверхностей зубьев (фрезерование и шлифование) не могут обес­ печить выполнение таких условий. Это может быть обеспечено целенаправленным измене­ нием силового и температурного воздействий на обрабатываемую поверхность зуба, что реализуется через комбинированную обработ­ ку ППД и ЭМО, которая требует целенаправ­ ленной разработки как инструмента, так и оборудования.

Анализ износа цилиндров двигателей показал, что они имеют наибольший износ в верхней части. Это, очевидно, объясняется повышенными температурами в этой части цилиндров при их эксплуатации, которая при недостаточной маслоемкости поверхности может приводить к явлениям схватывания, особенно в начальный период приработки. Для избежания этого вредного явления на цилиндрах двигателей целесообразно сформи­ ровать вибронакатыванием маслоемкие кар­ маны. Величина этих карманов по длине ци­ линдра должна быть различной, что обеспе­ чивается закономерно изменяющимися режи­ мами обработки: частотой колебаний и уси­ лием рабочего шарика вибронакатного уст­ ройства.

В процессе эксплуатации железнодо­ рожных рельсов их поперечный профиль в зависимости от участка дороги (повороты, подъемы, подложка, средние температуры и др.) в начальный период работы (процессе приработки) претерпевает значительные из­ менения, то есть происходит его естественная адаптация к условиям эксплуатации. Однако эксплуатационники железных дорог при ре­ монте рельсов стремятся вернуть им исход­ ный поперечный профиль, что значительно удорожает ремонт и опять приводит к быст­ рому и большому их износу в период новой приработки. Всё это в значительной мере

сокращает долговечность железнодорожных рельсов.

Учитывая эти обстоятельства, целесооб­ разно при ремонте рельсов сохранять сфор­ мировавшийся их поперечный профиль, уби­ рая при этом вредный дефектный поверхно­ стный слой. Обеспечить это могут так назы­ ваемые упругие технологии (иглофрезерование, лепестковое шлифование). Вследствие упругих деформаций рабочих элементов инст­ румента (проволочек и лепестков) при опре­ деленном сохранении жёсткости они позво­ ляют снимать поверхностный дефектный слой и сохранять сформировавшийся поперечный профиль. Это приводит к необходимости це­ ленаправленной разработки инструмента с определенной упругостью его рабочих эле­ ментов. Одновременно на поворотных участ­ ках в результате большого силового и темпе­ ратурного воздействия на боковые поверхно­ сти головки рельса от реборды колеса проис­ ходит их быстрый износ (практически среза­ ние), что приводит к необходимости быстрой их замены. Для избежания этого вредного явления эти воздействия сил и температур на боковые поверхности рельс на этих участках дорог целесообразно из эксплуатации перене­ сти в технологический процесс с увеличением температурного и уменьшением силового воздействия. Это позволяют обеспечить тер­ момеханическая или электромеханическая обработка.

У поверхности катания обода железно­ дорожного колеса часть его участков вдоль образующей при эксплуатации работает при различных давлениях и температурах, а по­ этому в процессе приработки изменяет свой оптимальный профиль. Во избежание этого поверхность катания обода колеса целесооб­ разно подвергать электромеханической обра­ ботке с закономерно изменяющейся силой тока.

Резьбовые соединения имеют различное функциональное назначение (рис. 2.10.3). Кроме этого, различные участки резьбовых соединений по их длине будут испытывать различные нагрузки: начиная от максималь­ ных (на первых витках) до нулевых (на по­ следних витках). Поэтому технология изго­ товления резьбовьЕХ соединении требует сво­ его совершенствования.

Рассмотрим пример. При эксплуатации различных двигателей обнаружен процесс самоотвинчивания шпилек. Это происходит из-за уменьшения первоначального натяга в резьбовом соединении "шпилька-алюминие­ вый корпус" в результате пластических де­ формаций резьбы корпуса при действии ди­ намических нагрузок. Избежать этого вред­ ного явления можно, если обеспечить раска­ тывание резьбовых отверстий в корпусе или

создание так называемых гладкорезьбовых соединений. Для раскатывания резьб необхо­ дима целенаправленная разработка инстру­ мента. Сущность гладкорезьбового соедине­ ния заключается в вворачивании шпилек в гладкие отверстия. Как в первом, так и во втором случаях, в процессе формирования резьбы отверстия происходит пластическое насыщение материала, что предотвращает возможность её пластических деформаций при эксплуатации.

Обработка внутренних резьб в алюми- ниево-кремнистых сплавах связана со значи­ тельными трудностями. Резание затруднено вследствие вязких свойств материала, а пла­ стическое деформирование — его хрупкостью. Всё это привело к необходимости комбиниро­ ванной обработки и разработке специального инструмента, обеспечивающего при обработке благоприятные условия резания и пластиче­ ского деформирования, что позволило значи­ тельно повысить производительность обра­ ботки и качество резьбы.

Рабочие поверхности вырубных пуансо­ нов, как и других инструментов, работают в различных условиях. Основную нагрузку не­ сёт режущая кромка, которая должна обладать повышенной поверхностной динамической прочностью и износостойкостью. Для обеспе­ чения благоприятных условий резания и дос­ таточной поверхностной динамической проч­ ности режущая кромка вырубных пуансонов должна иметь оптимальный радиус скругления, что обеспечивается его виброобработкой. Для повышения поверхностной динамической прочности и износостойкости вырубных пу­ ансонов их рабочая кромка должна быть ле­ гирована материалами, обеспечивающими это, что осуществляется лазерным легирова­ нием.

Изучение взаимодействия рабочей части режущего инструмента и обрабатываемой детали показывает на возможность частичного или полного перевода процесса резания к пластическому деформированию. Это в зна­ чительной мере расширяет возможности со­ вершенствования обычных методов механиче­ ской обработки.

правления, а также сформулировать отдель­ ные приемы и методы решения данной зада­ чи.

В целом эволюционную систему техно­ логических преобразований и создания новых прогрессивных технологий можно предста­ вить в виде следующей модели (рис. 2. 10.4). Основными объектами модели являются: кад­ ровое обеспечение, техническое обеспечение и технологические среды. Они осуществляют технологическое воздействие N {t ) матери­

информационного / ( / ) типов на предметы

обработки (заготовки, изделия) и реализуют процесс технологических преобразований заготовок в изделия, которые имеют вход V и выход W. Сам процесс технологических преобразований имеет обратную связь с обес­ печивающими объектами системы. Обратная связь позволяет получать сведения о количе­ ственных и качественных параметрах процес­ сов технологических преобразований, а также дает возможность многократного использова­ ния средств технологического воздействия, организовать их поточность и непрерывность функционирования.

ЕЛи)

2.10.2. РАЗРАБОТКА НОВЫХ ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Создание новых методов обработки яв­ ляется творческой задачей, формализация которой возможна лишь в редких частных случаях.

Однако вполне реально, проанализиро­ вав состояние вопроса, указать основные на­

Уб^и)пиь<гим

Рис. 2.10.4. Модель системы технологических преобразований (базовая модель технологии)

Высокий уровень 9лекгпри<рикации и

Открытые

нразбитию

Новые принципы, сваи-- \cmoa и KOi/ecmoa ком- \позиции о5орудо6анил\

Высокиеуровни аВтомотизоции^ ггрои5бодительиости и предиз ион ноет и

Эстети^/иость \и эргономи*/иост ь

Иали^/ие компле^кс*- ных систем диагноетики, ffOHmpoAff,

управления

Высокая ycmout/ивоот^

и наде:>/сность 9ункционирования

Новые принципы равоты оборудования

Новые методы воздес/ствия на изделия

Нетрадг^циоиные /77ехни ко - экономи­ ческие показаге-л и