Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и постановка задачи исследования 8
1.1. Технологические предпосылки применения сред органического происхождения в технологии виброобработки деталей 8
1.2. Анализ основных закономерностей процесса вибрационной обработки, определяющих качество и производительность отделки деталей органическими средами 15
1.3. Цель и задачи исследования 31
2. Теоретические исследования технологических .возможностей виброобработки деталей органическими средами 33
2.1. Исследование процесса виброобработки деталей органическими средами, состоящими из косточек фруктов 33
2.1.1. Влияние обработки косточками фруктов на качество поверхности 33
2.1.2. Оценка производительности виброотделки косточками фруктов 45
2.2. Основные закономерности вибрационной протирки деталей органическими средами 50
2.2.1. Исследование процесса вибропротирки дроблёными гранулами початковых растений 50
2.2.2. Технологические факторы интенсификации процесса вибропротирки 58
2.2.3. Определение продолжительности вибропротирки 70
2.3. Выбор типа оборудования и разработка рекомендаций по его эффективному применению на операциях виброотделки деталей органическими средами 74
3. Экспериментальные исследования качества поверхности и производительности виброобработки деталей органическими средами
3.1. Технические средства экспериментальных исследований
3.1.1. Технологическое оборудование
3.1.2. Приборы и приспособления для измерительных исследований
3.1.3. Образцы для исследований
3.1.4. Обрабатывающие среды
3.2. Исследование виброотделки деталей косточками фруктов
3.2.1. Методика исследований
3.2.2. Результаты исследований
3.3. Исследования процесса вибропротирки деталей дроблёными гранулами початковых растений
3.3.1. Методика исследований
3.3.2. Результаты исследований
3.4. Исследования эксплуатационной стойкости обрабатывающих: сред органического происхождения
4. Разработка технологий виброотделки деталей средами органического происхождения и средств их технологического оснащения 123
4.1. Методика выбора технологических параметров виброотделюи; косточками фруктов 123
4.2. Методика выбора технологических параметров вибропротирки: дроблёными гранулами початковых растений 126
4.3. Разработка технологии изготовления органических сред и методов оценки их физико-механических и гранолометрическюс характеристик 129
4.3.1. Органический наполнитель в виде дроблёных гранул стержней кукурузы 129
4.3.2. Органический наполнитель в виде косточек фруктов 133
4.4. Конструктивные особенности вибростанка для вибропротирки деталей 136
5. Практическое применение результатов исследования 144
5.1. Проектирование технологии вибропротирки дисковых деталей 144
5.2. Проектирование технологии виброотделки штампованных деталей швейных машин средами органического происхождения 149
Общие выводы и рекомендации по работе 157
Литература 160
- Анализ основных закономерностей процесса вибрационной обработки, определяющих качество и производительность отделки деталей органическими средами
- Исследование процесса вибропротирки дроблёными гранулами початковых растений
- Выбор типа оборудования и разработка рекомендаций по его эффективному применению на операциях виброотделки деталей органическими средами
- Методика выбора технологических параметров вибропротирки: дроблёными гранулами початковых растений
Введение к работе
Долговечность и надежность машин в значительной мере зависят от точности их изготовления, качества, состояния физико-механических свойств поверхностных слоев сопрягаемых деталей. Развитие машиностроения^ невозможно на современном этапе без- постоянного улучшения, качества деталей выпускаемых изделий, повышения производительности, труда, решения организационно-экономических задач и эффективности производства- при минимизации затрат.
В обеспечении указанных задач главная роль отводится разработке и совершенствованию методов отделочной обработки, расширению технологических возможностей, внедрению на их основе новых технологических процессов.
Среди методов отделочной обработки особое место занимает вибрационная обработка.
Вибрационная технология, решая известные задачи с точки зрения их значения (конечного результата), тем не менее, по своему содержанию зачастую существенно отличается от традиционных методов обработки. Причем такой нетрадиционный подход позволяет создавать новые методы обработки и технологические процессы, характеризующиеся более высокой интенсивностью и производительностью, оригинальными качественными показателями, способствующими разработке экологически чистых ресурсосберегающих технологических процессов.
Вибрационная обработка и оборудование для ее реализации получили распространение в технологии изготовления большой номенклатуры деталей машин и приборов. Применение вибрационных методов на операциях отде-лочно-зачистной обработки обеспечивает рост производительности.
Вместе с тем накопленный к настоящему времени отечественный и зарубежный опыт использования вибрационной отделочно-упрочняющей обработки деталей и проведённые в этом направлении научные- исследования свидетельствуют о том, что её технологические возможности далеко ещё не исчерпаны. Свидетельством этого заключения являются результаты настоящего диссертационного исследования, посвященного изучению виброотделки деталей в условиях обрабатывающих сред органического происхождения.
Опираясь на результаты фундаментальных исследований в области вибрационной обработки деталей известных учёных: А.П. Бабичева, М.А. Тамаркина, С.Ы. Шевцова, Ю.М. Самодумского, В.А. Членова, В.А. Лебедева, Ю.Р. Копылова, А.П. Субача, И.И. Блехмана, Л.П. Гончаревича, Л.Г. Одинцова и других, мы выполнили следующие исследования: исследован процесс виброотделки деталей органическими средами, в частности косточками фруктов, позволяющими на микроуровне обеспечить улучшение шероховатости поверхности, что очень важно для отделки высокоточных деталей гидроаппаратуры, медицинских инструментов до и после нанесения на них гальвано- или электрохимического покрытия; рассмотрены технологические аспекты и установлены основные закономерности вибропротирки средами органического происхождения деталей, подвергнутых предварительно виброабразивной обработке (ВиО) с использованием СОЖ, взамен операций сушки, применяемых на практике; обоснованы конструктивные особенности виброустановок, обеспечивающие интенсификацию процесса вибропротирки; исследована эксплуатационная стойкость сред органического происхождения.
На основе проведенных исследований разработаны методики проектирования технологических операций виброотделки средами органического происхождения, выявлены условия наиболее эффективной реализации процессов виброотделки, обеспечивающие стабильное циркуляционное движение массы загрузки в рабочей камере вибростанка, разработаны технологические регламенты изготовления обрабатывающих сред органического происхождения для их промышленной эксплуатации.
Решение этих задач способствует повышению эффективности виброотделки деталей, позволяет обоснованно подойти к проектированию операций финишной отделки деталей обрабатывающими средами органического происхождения на стадии технологической подготовки производства.
Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» ГОУ ВПО «Донской государственный технический университет».
Анализ основных закономерностей процесса вибрационной обработки, определяющих качество и производительность отделки деталей органическими средами
Характер механических и физико-химических явлений, протекающих при виброобработке, определяется следующими основными факторами: а) видами и гранулометрическими характеристиками обрабатывающей среды; б) физико-механическими характеристиками обрабатываемого мате риала; в) амплитудно-частотными характеристиками процесса обработки; г) уровнем загрузки рабочей камеры; д) массоразмерным соотношением обрабатывающей среды и обраба тываемых деталей. Интенсивность виброобработки зависит от характера и силовых параметров механического воздействия и способности материала детали сопротивляться действию указанных процессов. Для реализации виброобработки обрабатываемые детали загружаются в рабочую камеру вместе с обрабатывающей средой. Рабочей камере в раз личных направлениях сообщаются вибрационные колебания с частотой от 10 до 50 Гц и амплитудой от 0,5 до 20 мм. Обрабатывающая среда и обрабатываемые детали приходят в относительное движение в зависимости от заданных частотно-амплитудных параметров, совершая два вида движений: колебательное и медленное циркуляционное движение.
В процессе виброобработки детали занимают различное положение в обрабатывающей среде и проходят различные зоны рабочей камеры, что обеспечивает равномерную обработку поверхности детали, контактирующей с обрабатывающей средой. Воздействие одновременно большого числа микроударов и скольжений по поверхности детали в различных направлениях способствует изменению характеристик качества обрабатываемой поверхности.
Используемые для реализации вибрационные станки можно разделить на две большие группы: по конструктивной форме рабочей камеры: вибро-стаики с U-образной формой рабочей камеры (рисЛ .5) и вибростанки с кольцевой рабочей камерой (рис. 1.6).
Вибростанки с U-образной камерой (см.рис.1.5) имеют более широкий спектр типоразмеров. Их объем изменяется от 0,2 до 2000 л. Они применяются для реализации всех вышеназванных разновидностей виброобработки деталей и их весовых характеристик от грамма до сотни килограммов.
Вибростанки с кольцевой камерой (см.рис. 1.6) в основном используют на операциях отделки-шлифования, финишного полирования, требующих более мягких режимов работы, и иногда для виброупрочнения. Рабочие частоты находятся в диапазоне до 100 Гц, амплитуды — до 5 мм. Диапазон типоразмеров станков от 5 до 250 л.
Одной из важных особенностей вибрирующей обрабатывающей среды, как свидетельствует анализ исследований виброобработки [1, 8, 18, 20, 42, 43, 97], является ее гибкость и «текучесть», вследствие чего обеспечивается контакт частиц обрабатывающей среды с поверхностью детали различной кривизны. Вибрационное воздействие среды характеризуется формообразующими и энергетическими свойствами. Формообразующие свойства проявляются в способности обрабатывающей среды равномерно контактировать с поверхностью детали. Они обусловлены циркуляционным движением и колебаниями частиц среды. Энергетические свойства проявляются в способности соударяться с обрабатываемой поверхностью и формировать во времени новое состояние поверхностного слоя детали.
Динамическое состояние вибрационной технологической системы в значительной мере определяется амплитудно-частотными характеристиками, которые выбираются в зависимости от вида и исходного состояния обрабатывающей среды.
В вышеуказанных работах были фундаментально обоснованы и раскрыты характерные для вибрационных процессов свойства, такие как текучесть, вибросжижение, виброкипение. Установлено, что при воздействии вибрации сыпучие тела приобретают подвижность и в зависимости от режимов обработки либо уплотняются между собой, достигая минимальных динамических зазоров, либо в результате отрыва частиц приходят в состояние виброкипения.
Согласно работам [42, 89, 97], движение обрабатывающей среды под действием интенсивных колебаний начинается с виброускорением
Исследование процесса вибропротирки дроблёными гранулами початковых растений
Все детали после виброабразивной отделочной обработки, проводимой, как правило, в условиях СОЖ, подвергаются сушке. В случае виброобработки деталей с использованием химически активных сред они подвергаются дополнительной мойке и затем сушке.
Для проведения этих операций используются специальные моечные и сушильные установки. Вместе с тем, как показали экспериментальные исследования, операции сушки могут быть реализованы в виброконтейнерах путём применения обрабатывающих сред органического происхождения. Наиболее эффективной средой для решения этой задачи являются гранулы, полученные в результате дробления початковых растений, такие как маис, кукуруза. Особенность этой среды заключается в том, что она в силу растительного происхождения обладает способностью впитывать жидкость. Периодическое высушивание среды даёт возможность использовать её многократно на этой операции.
В результате взаимодействия такой органической среды под воздействием низкочастотных колебаний, сообщаемых виброконтейнеру, с обрабатываемыми деталями происходит их вибропротирка и, как следствие, сушка. Следует отметить, что дробленые гранулы початковых растений не оставляют следов обработки на поверхности детали в процессе вибропротирки (ворсинки, царапины и т.д.), которые могли бы оказать влияние на качество деталей при их дальнейшем использовании в технологии сборки или эксплуатации. После процесса вибропротирки с использованием органической среды детали приобретают товарный вид в соответствии с техническими требованиями их целевого назначения.
Проведение протирки деталей в виброконтейнерах на основе обрабатывающих сред органического происхождения позволяет завершить комплекс технологических переходов виброабразивной обработки деталей на базе вибростанков, выстроенных в технологическую линию.
Физическая сущность процесса вибропротирки поверхности детали заключается в следующем: частицы органической среды, находясь под воздействием вибрации, совершают циркуляционные движения и контактируют с поверхностью обрабатываемой детали. В момент микроконтакта за время tk жидкость, находящаяся на поверхности детали, по капиллярам впитывается в органическую среду (рис.2.3).
Важнейшей характеристикой производительности процесса вибропротирки является поглощение органической средой жидкости, переносимой поверхностью деталей после их виброабразивной обработки с использованием СОЖ. Массу жидкости Q, переносимой поверхностью обрабатываемой детали после виброобразивной обработки, в общем виде можно оценить по формуле - площадь поверхности обрабатываемой детали; р - плотность жидкости; - средняя высота жидкостного слоя, переносимого поверхностью обрабатываемой детали. Теоретические основы вибрационной обработки рассматривают два принципиальных подхода к установлению расчетных зависимостей по оценке производительности процесса [1, 42]. Первый подход - микромеханический - основывается на рассмотрении результатов единичного взаимодействия частиц обрабатывающей среды с обрабатываемой поверхностью. Второй подход - макромеханический, основывается на установлении зависимости определения удельного съема металла с поверхности в единицу времени. Как правило, модели, основанные на втором подходе, носят эмпирический характер, более просты и управляются меньшим числом факторов. В процессе вибропротирки, в отличие от виброабразивной обработки, происходит удаление слоя жидкости с поверхности путем его постепенного объемного поглощения частицами обрабатывающей среды. Поглощаемость жидкости с поверхности детали зависит от гигроскопических свойств обрабатывающей среды, плотности поглощаемой жидкости, амплитудно-частотных параметров процесса и объема загрузки рабочей камеры обрабатывающей средой. Вышесказанное можно выразить функцией Так как при вибропротирке поглощение жидкости с поверхности детали близко к равномерному, предпочтительнее для оценки процесса с теоретической точки зрения использовать второй подход и в итоге иметь соотношение, отражающее удельное объемное поглощение, представляющее собой условно «слой жидкости», поглощаемый в единицу времени с поверхности детали.
Выбор типа оборудования и разработка рекомендаций по его эффективному применению на операциях виброотделки деталей органическими средами
Органический наполнитель среды в виде дробленых гранул стержней кукурузы, как отмечалось ранее, применяется в качестве обрабатывающей среды на операциях вибропротирки, как правило, небольших по массе и габаритным размерам маложестких деталей после их отделочно-зачистной виброабразивной обработки с использованием СОЖ.
В качестве исходного сырья для получения этого вида обрабатывающей среды используются стержни початков созревшей в полевых условиях кукурузы и обмолоченной на элеваторе, куда она транспортируется после уборки урожая.
Учитывая что, как правило, стержни кукурузы хранятся на открытом воздухе, перед последующей их переработкой предварительно они должны быть просушены. Проведённый обзор оборудования показал, что для сушки стержней могут быть использованы выпускаемые отечественной промышленностью сушильные агрегаты типа АВМ - 0,4 или АВМ - 1,5 в зависимости от требуемой производительности или сушильная барабанная установка СВ - 1,5. Последующая переработка должна предусматривать операции дробления и калибрования для получения соответствующих гранулометрических параметров частиц обрабатывающей среды.
Дробление стержней целесообразно производить на универсальных дробилках, широко используемых для приготовления кормов, с размерами отверстий решета не более 6 мм. Указанное требование обусловлено получением наиболее предпочтительного размера гранул для вибропротирки в пределах 2 — 6 мм.
Для получения однородных по размеру гранул обрабатывающей органической среды полученная после дробления масса должна быть откалибро-вана на гранулометрических ситах очистителя, например ОВС - 25.
После проведения вышеуказанных операций среда упаковывается для транспортировки к месту её технологического использования.
Экспериментальное изготовление органического наполнителя по технологии, приведенной в приложении 1, позволило сформулировать и обосновать основные физико-механические и гранулометрические характеристики обрабатывающей среды, которым она должна соответствовать после изготовления и перед эксплуатацией, а также разработать соответствующие методы по их контролю:
Сущность метода заключается в определении размеров гранул органической среды по размерам ячеек контрольных сеток в свету, применяемых для анализа. 2. Аппаратура и методы. 2.1. Стенд вибрационный ВУ-15М, ГОСТ 51948, или сотрясательная машина. Рассев пробы на фракции можно производить вручную. 2.2. Набор контрольных сит с сетками № 2, 4, 6, ГОСТ 3826. 2.3. Бумага чертёжная, ГОСТ 597. 2.4. Щётка, ГОСТ 28638. 3. Отбор проб: взятие из упаковочных мест. Выборочные пробы соединяют в одну общую пробу массой 0.25 кг и тщательно перемешивают. 4.1. Включают вибрационный стенд или сотрясательную машину и в течение установленного времени (3 -5 мин) производят рассев-пробы фракции. При просеивании вручную набор сит помещают на стол с гладкой поверхностью или на стекло и производят просеивание продольно-возвратными движениями со встряхиванием. Размах колебаний сит должен быть около 10 см и время просеивания 3 мин при 110 -120 движениях в минуту. 4.2. По истечении времени встряхивания набор сит снимают со стенда или с машины, устанавливают на стол, открывают крышку и, начиная с первого листа, последовательно и раздельно ссыпают полученные на ситах остатки на бумагу, поворачивая сито на 90 — 280. Допускается лёгкое постукивание по обечайке или очистка щёткой отдельных застрявших гранул, которые добавляются к той фракции, которая оставалась на сите. 4.3. Результаты контрольной проверки должны соответствовать данным, указанным в табл. 1 приложения 1. Все гранулы наполнителя должны пройти через сетку №6, гранулы наполнителя марки ОС - 4 должны задерживаться на сетке №4, гранулы наполнителя марки ОС - 2 должны задерживаться на сетке №2, наполнитель марки ОС - 6 в зависимости от размера гранулы должен равномерно задержаться на сетке №4 и сетке №2.
Методика выбора технологических параметров вибропротирки: дроблёными гранулами початковых растений
При эксплуатации модернизированного вибростанка СВТ-100 не требуется использование рециркуляционной камеры, осуществляющей подачу СОЖ в рабочую камеру.
Условия работы вибростанка: 1. Вибропротирка деталей производится групповым методом: обрабатываемые детали и частицы обрабатывающей среды в виде молотых початков кукурузы (или другой органической среды) подвергаются сложному вибрационному воздействию в трех направлениях. Амплитуда колебаний на частоте 1500 кол/мин (25 Гц) - 0 - 4 мм, на частоте 3000 кол/мин (50 Гц) - до 1 мм. 2. Производительность и качество вибропротирки зависит от амплитуды колебаний, частоты колебаний, химико-биологических свойств обрабатывающей органической среды, массы размерных соотношений обрабатывающей среды и обрабатываемых деталей (см. п. 3.2.1). 3. Амплитуда колебаний рабочей камеры устанавливается разворотом подвижных секторов по отношению к неподвижным верхнему и нижнему дебалансам вибратора в соответствии с нижеприведенной табл.4.1. При этом верхний сектор устанавливается по лимбу, нижний - по нумерованным отверстиям на станине. 4. Для доступа к верхнему дебалансу снимают центральную крышку, для доступа к нижнему дебалансу - боковую крышку станины. 5. Контроль величины амплитуды колебаний производится клиновым указателем, устанавливаемым на внешней стороне вертикальной кольцевой стенки рабочей камеры. 6. После регулировки амплитуды колебаний устанавливают на место крышки контейнера и станины. 7. Выключение двигателя вибратора и блока электротенов производится автоматически срабатыванием реле времени. Порядок работы вибростанка: 1. Загрузить через загрузочный лоток рабочей камеры органическую среду. При помощи рукоятки поднять заслонку до упора, зафиксировать ру коятку. 2. Установить на пульте управления температуру ТЭНа в соответствии с условиями вибропротирки. 3. Нажать кнопку СЕТЬ, затем кнопку 1500 или 3000, в зависимости от установленных амплитудно-частотных характеристик, затем кнопку включения блока электронагревателей. 4. Загрузить через загрузочный поток влажные детали, прошедшие предварительную виброабразивную обработку с СОЖ согласно технологическому процессу. 5. Установить по шкале реле времени необходимое время работы вибростанка. 6. В конце рабочего цикла вибропротирки деталей при помощи рукоятки медленно опустить заслонку в рабочую массу деталей и обрабатывающей среды до упора в поры и зафиксировать. В результате опускания заслонки масса загрузки поднимается на сепаратор, который обеспечивает разделение деталей и обрабатывающей среды. Детали по сепаратору проходят в тару, а обрабатывающая среда возвращается в рабочую камеру. В зависимости от формы и размеров деталей в вибростанках могут быть использованы сепараторы ситового или колосникового типов. В заключение следует отметить, что в зависимости от размеров деталей для процесса вибропротирки (взамен мойки и сушки) можно модернизировать вибростанки с кольцевой рабочей камерой и станки других типоразмеров. Подобные разработки могут быть основой для создания специализированных вибростанков для вибропротирки деталей. Дисковые детали, небольшой толщины в пределах 0,3 - 0,5 мм, такие как диски, шайбы, пружинные тарелки, широко применяются в гидро- и пневмоизделиях, к которым относятся гидромоторы, управляющая гидро- и пневмоаппаратура, амортизаторы и другие. Объектом разработки технологии вибропротирки являлись дисковые детали амортизаторов автомобилей, получаемые путём вырубки из листового проката. После вырубки у дисковых деталей образуются острые кромки, заусенцы, которые по условиям эксплуатации не допускаются и должны быть скруглены. С этой целью в технологическом процессе изготовления дисковых деталей амортизаторов предусмотрена операция отделочно-зачистной обработки. На многих машиностроительных и ремонтных предприятиях в связи с большим объёмом и номенклатурой данного типа деталей для реализации этой операции используют виброабразивную обработку, выполняемую на вибростанках, описанных в п. 2.3, или на других моделях отечественного и зарубежного производства. Технологически виброабразивная отделочно-зачистная обработка выполняется с применением СОЖ, в качестве которой используют или воду, или 3 %-ный водяной раствор кальцинированной соды. Последний вид СОЖ позволяет приостановить преждевременную коррозию деталей. Наличие жидкости на поверхности деталей после виброабразивной обработки предопределяет необходимость проведения последующей сушки с целью обеспечения требуемого качества поверхности в период их складирования до сборки.
