Введение к работе
Актуальность темы
В современном машиностроении, начавшийся подъем промышленного производства, требует возрастающего выпуска прецизионных машин и механизмов. Производство таких изделий неразрывно связано с ростом объема изготовления деталей высокой точности, которые широко используются в станкостроительной, ракетостроительной и др. отраслях промышленности. При этом основные технологические затруднения возникают при обработке деталей нежесткой конструкции, в том числе и тонкостенные. Особенно это проявляется при обработке сборок, в которых к тонкостенному корпусу приварены дополнительные элементы, служащие для базирования в изделии.
В большинстве случаев, такие сборки подвергаются термообработке и обладают повышенной поверхностной твердостью, что затрудняет их обрабатываемость. При обработке нежестких сборок применение финишных операций с использованием абразивных инструментов может вызвать температурную деформацию и увеличить погрешность обработки. Лезвийная обработка твердым сплавом позволяет избежать указанных явлений и дает возможность снизить температуру в зоне резания.
Фундаментальные основы точности обработки с учетом технологической наследственности базируются на работах Соколовского А.П., Дальского A.M., Васильева А.С. Отдельные вопросы точности при обработке тонкостенных деталей рассматривалось в работах: Ямникова А.С, Киселева В.Н., Кузнецова В.П. и Красильникова В.М. В некоторых случаях тонкостенные сборки имеют конструктивные особенности, снижающие технологичность, например наличие концентрично расположенного кольца, которое посредством перемычек жестко связано с основной корпусной частью сборки. Это оказывает дополнительное влияние на величину погрешностей формы при обработке внутренних полостей таких сборок. Для соединения секций таких сборок в изделие широко применяют резьбовые замковые соединения. Профиль усиленной упорной резьбы, наиболее применяемый для рассматриваемого класса изделий, имеет малый радиус закругления во впадинах резьбы до 0,05 мм для резьб с шагами от 1,5 до 3 мм. Это обстоятельство затрудняет стабильное получение требуемых параметров резьбы и снижает стойкость режущего инструмента. Поэтому разработка способов и средств, обеспечивающих заданную точность обработки и снижающих трудоемкость изготовления, тонкостенных деталей, имеющие конструктивные особенности, является актуальной научной задачей.
Цель работы заключается в снижении брака по параметрам точности поперечного сечения тонкостенных корпусных деталей при их закреплении в 3-х кулачковых патронах.
Для достижения поставленной цели в диссертации были определены следующие задачи:
-
Выявить причины брака, возникающего при токарной обработке тонкостенных сварных корпусов.
-
Провести компьютерное моделирование погрешностей обработки в продольных и поперечных сечениях.
-
Обосновать конструктивные параметры технологической оснастки, приводящие к уменьшению погрешностей обработки в продольном и поперечном сечениях сварных корпусов.
-
Оптимизировать схему нарезания резьбы полнопрофильными СМП с учетом низкой жесткости и высокой твердости сварных корпусов.
-
Внедрить результаты исследований в производство.
Объект исследования. Процессы механической обработки тонкостенных сварных корпусов.
Предмет исследования. Операции точения и резьбонарезания поверхностей тонкостенных деталей и сварных корпусов.
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории технологии машиностроения, технологической наследственности, теории резания, методов математического и компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование проводилось в программных продуктах SolidWorks и Ansys. Экспериментальные исследования произведены в производственных условиях на ОАО «Тульский оружейный завод». Приведенные измерения проводились с применением аттестованных средств измерений.
Достоверность результатов обеспечена обоснованным использованием теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задачи, применением известных математических методов и подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными как лично автором, так и другими исследователями, а также практическим использованием результатов в промышленности.
Личный вклад автора заключается в постановке задач, проведении теоретических и экспериментальных исследований, в обработке и интерпретации результатов, формулировке выводов. Все выносимые на защиту научные результаты получены соискателем лично. В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежат результаты, касающиеся процессов токарной обработки тонкостенных корпусных деталей.
Автор защищает.
результаты компьютерного моделирования погрешностей закрепления с учетом влияния концентричного кольца, приваренного к тонкостенной корпусной детали, и ее ориентации при закреплении в патроне станка;
результаты экспериментальных исследований погрешностей закрепления, подтверждающие их адекватность компьютерному моделированию;
конструкции зажимной оснастки и специальных режущих инструментов, обеспечивающие погрешности формы обрабатывающих деталей в осевом и поперечном сечениях в пределах допуска;
новый способ и схему нарезания упорной резьбы на тонкостенных заготовках из высокопрочных сталей;
технологию изготовления тонкостенных корпусных деталей на станках с ЧПУ, позволяющий снизить брак до 5 %.
Научная новизна работы заключается в обосновании конструкций зажимных кулачков трехкулачковых патронов и способов установки в них сборок тонкостенных деталей, уменьшающих погрешности токарной обработки в продольном и поперечном сечениях на основе:
разработки конструкции широких кулачков с двойной расточкой по предельным диаметрам центрирующей базовой поверхности сварного корпуса;
использования явления интерференции сформированных в разных угловых фазах профилей поперечного сечения детали путем изменения ее угловой ориентации в патроне станка на операциях черновой и чистовой обработки;
повышения жесткости технологической системы введением дополнительного элемента в полость детали (корпуса), ограничивающего ее (его) упругое деформирование при закреплении.
Практическая ценность работы.
даны рекомендации по повышению точности процесса токарной обработки тонкостенных деталей и сварных корпусов на основе предложенных технологических решений;
предложены способ и схема нарезания упорной резьбы, позволяющие снизить расход инструментального материала более чем в 2 раза и повысить стойкость инструментальной наладки;
разработан комплект технологической оснастки и инструментов для операции чистовой обработки наружных и внутренней поверхностей тонкостенных деталей и сварных корпусов, позволяющий снизить процент брака в 4 раза.
Реализация работы. Результаты работы приняты к внедрению на ОАО «ТОЗ». Материалы диссертации используются в учебном процессе при изложении курсов лекций «Основы технологии машиностроения» раздел «Погрешность закрепления», при подготовке магистров по дисциплинам «Прогрессивные технологии резьбообработки» и «Научные основы технология машиностроения». Также они используются при курсовом и дипломном проектировании, выполнении выпускных квалификационных работ бакалавров и специалистов, магистерских диссертаций по направлению 151900 - «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».
Апробация работы. Материалы диссертации доложены на ВНПК «Актуальные проблемы техники и технологии машиностроительного производства», Орел, 2012 г.; на VI МНТК «Прогрессивные технологии в современном машиностроении», Пенза, 2010 г., на МНТК «Технические науки: традиции и инновации», Челябинск 2012г; на XXXXI Всероссийском Симпозиуме «Механика и процессы управления», Миасс 2011г, на IV МНТК «Молодежь и XXI век», Курск 2012г; на МНТК «Фундаментальные и прикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии», Липецк 2012г, на ВНТК «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов», Тула 2012г, а также на ежегодных НТК преподавателей и сотрудников ТулГУ в 2009-2012г.г.
За комплекс работ по созданию технологических решений по повышению эффективности обработки тонкостенных деталей автор в 2012 г. был удостоен звания лауреата регионального конкурса «Инженер года 2012».
Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 11 статьях, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК, также имеется 1 патент РФ и 3 заявки на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 75 наименований и приложения, включает 115 страниц машинописного текста 89 ил., 2 табл. Общий объем 180 с.
