Введение к работе
Актуальность темы. В различных отраслях народного хозяйства применяются слоистые детали, представляющие собой незамкнутые оболочки с плавными пологими или плоскими поверхностями, ограниченными контурами произвольных очертаний и содержащие уложенные в определенной последовательности листовые материалы с различными физико-механическими свойствами. Наибольшее распространение в транспортном машиностроении они получили при создании технологических машин и оборудования. Собранные из разнородных элементов, слоистые детали используются в качестве несущих плоскостей конструкций и могут выполнять роль защиты от воздействия химически агрессивных сред, тепловых, электрических и других воздействий, или сочетать в себе комбинацию этих свойств. Соединение определенным образом подобранных конструкционных материалов позволяет создавать композиты, механические характеристики которых не могут быть получены при использовании однородных материалов.
Изготовление и сборка слоистых деталей предусматривает необходимость выполнения ряда технологических операций, к которым относятся: получение заготовок листовых элементов; образование в них отверстий; монтаж и сборка в пакеты; установка болтовых, заклепочных или других соединений. В мелкосерийном производстве, при модернизации оборудования или при выполнении ремонтных работ единственно приемлемой является технология, предусматривающая вырезку отверстий в предварительно собранном пакете листовых элементов. Однако обработка отверстий сверлением в ряде случаев оказывается невозможной, что обусловлено следующими обстоятельствами:
-
Слоистые детали могут изготавливаться из разнородных материалов, в том числе и неметаллических. Поэтому режимы резания и существующая оснастка, предназначенные для одного из материалов, могут оказаться неприемлемыми для других;
-
При изготовлении слоистых деталей могут использоваться тонколистовые материалы. Но сверление в них отверстий, особенно большого диаметра, неизбежно приведет к разрывам материала в прилегающей к отверстию зоне, а расположение их в многослойном пакете исключает применение кондукторов;
-
В массовом или серийном производствах может быть выполнена пробивка отверстий в каждом из отдельно взятых листовых элементов с использованием вырубных штампов, содержащих матрицы и пуансоны. В рассматриваемых производственных условиях выполнение этой операции является неэф-
4 фективным методом, поскольку в уже собранных защитных корпусах, кожухах и других конструкциях исключается возможность ориентирования матрицылт- * носительно пуансона или установка матрицы вообще невозможна.
В связи с этим возникает необходимость разработки технологического процесса изготовления и сборки слоистых деталей при ремонте или модернизации машин и оборудования.
Цель исследования. Повышение эффективности процессов изготовления слоистых деталей на основе комбинированных технологических процессов, специализированного формообразующего инструмента и оснастки.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:
предложить классификацию материалов слоистых деталей по физико-механическим свойствам и критерии их обрабатываемости;
сформировать физическую модель слоистой детали с произвольным чередованием слоев разнородных материалов;
разработать математическую модель процесса обработки слоистых деталей;
создать специализированную технологическую оснастку и обосновать геометрию инструмента;
разработать методику проектирования технологического процесса изготовления и обработки деталей из разнородных материалов и предложить методику автоматизированного проектирования технологического процесса комбинированной обработки.
Методы исследования. Аналитический обзор и системное обобщение существующего опыта, теоретические разработки с использованием методов сопротивление материалов, технологии машиностроения и конструкционных материалов; физическое и математическое моделирование динамических режимов с целью установления рациональных соотношений между параметрами технологических операций; экспериментальная проверка эффективности новой технологии в лабораторных и производственных условиях.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Разработана математическая модель технологического процесса обработки слоистых деталей, позволяющая установить соотношение между механической энергией единичного цикла нагружения инструмента и числом циклов, при котором потребляемая из сети электроэнергия минимальна.
-
Введено понятие коэффициента обрабатываемости слоистых материалов резанием, как количественной оценки их физико-механических свойств,
"необходимой для проектирования режимов и условий обработки.
3. Теоретически обоснована конструкция режущего инструмента, а так-
;же специализированная оснастка, позволяющая осуществлять обработку дета
лей торцевой поверхностью инструмента при прямом ходе и боковой - при об
ратном.
4. Разработана методика расчета оптимальных режимов динамического
взаимодействия инструмента и заготовки, обеспечивающих необходимую про
изводительность и качество выполнения технологической операции.
Практическая ценность работы.
-
Предложена методика проектирования технологического процесса изготовления слоистых деталей, включающего в себя формирование технологически необходимого отверстия минимальных размеров с последующей его размерной обработкой.
-
Разработана методика автоматизированного расчета конструктивных параметров низкочастотных электромагнитных адаптивных приводов с управлением скоростью движения якоря при прямом и обратном ходе, приспособленных для решения широкого круга технологических задач.
-
Создана технологическая специализированная оснастка, представляющая собой малогабаритный электромагнитный привод и формообразующий инструмент, обеспечивающий реализацию комбинированного технологического процесса с минимальными затратами энергии.
Основные положения, выносимые на защиту:
модель слоистой детали как составного тела сложной структуры, элементы которого отличаются по обрабатываемости резанием листовых материалов;
математическая модель технологического процесса обработки слоистых деталей;
результаты экспериментального исследования процессов динамического взаимодействия инструмента и заготовки;
конструкция специального инструмента для обработки отверстий;
- методика расчета оптимальных параметров и конструкция адаптивного
низкочастотного электромагнитного привода;
— новый технологический процесс обработки слоистых деталей комбини
рованными методами с минимальными энергозатратами.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на II международном студенческом форуме "Образование, наука, производство" (Белгород, 2004 г.); международной конференции "Проблемы и перспективы развития горных наук" (Новосибирск, 2004 г.);
студенческой конференции "Дни науки-2004" (Новосибирск, 2004 г.); 62-й научно-технической конференции, посвященной 75-летию НГАСУ (Новосибирск, 2005 г.). Работа выполнена в соответствии с планом фундаментальных исследований ОАО «РЖД» 2005 г. по теме № 77-05 «Разработка системы расширенного использования виброударных машин и технологий для решения технологических задач при ремонте подвижного состава».
Публикации по теме исследования. Основное содержание и результаты диссертационной работы изложены в сборниках научных трудов, тезисах и материалах научно-практических конференций. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе одна в издании, рекомендуемом ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 112 наименований и приложения, содержит 115 страниц машинописного текста и 44 иллюстрации.
