Содержание к диссертации
1. ВВЕДЕНИЕ. ЦЕЛЬ РАБОТЫ 4
2. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ЮПРОСА.ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ . 8
2.1 Обоснование выбора обрабатываемых деталей и инструментов, описание действующей технологии 9
2 2 Анализ практики промышленной станочной реализации ультразвуковой обработки высококлассных и прецизионных отверстий 15
2 3 Требования к ультразвуковому преобразователю в схеме обработки отверстий лезвийным и абразивным инструментами 18
2.4 Предпосылки определения технических требований к точности направления крутильных колебаний при УЗО... 23
2.5 К выбору акустико-технологической схемы оборудования 26
2.6 Анализ существующих способов возбуждения и контроля крутильных ультразвуковых колебаний 31
2.7 Заключение по п.2 Постановка задач исследований 36
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УЛТРАЗВУКОВОЙ ОТВЕРСТИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ.РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ 38
3.1 «Определение условий максимальной физической эффективности применения крутильных колебаний при УЗО отверстий / Линеаризованная кинематическая модель УЗО 38
3.2 Нелинейная динамическая модель процесса обработки и принципы его диагностики 46
3 3 Методика и аппаратурное решение оперативного контроля эффективности процесса 52
3»4 Сущность предложенного способа возбуждения крутильных ультразвуковых колебаний
3.5 Теоретическая модель и уравнение колебаний крутильного преобразователя 63
3.6 Анализ решения уравнения численными методами 69
3.7 Заключение по п.3 72
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ И КОНТРОЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ детальных КОЛЕБАНИЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ ПРЕЦИЗИОННЫХ ОТВЕРСТИИ 76
4.1 Общая методика проведения исследований и анализ точности получаемых результатов 76
4.2 Опытная проверка точности теории расчета крутильного преобразователя без волноводного звена 82
4.3 Влияние длины шпинделя-волновода на амплитудное частотные режимы крутильного ультразвукового ста ного привода 86
4.4 Эксплуатационные характеристики крутильного преобразователя как двигателя станочного привода
4 0бобщающий анализ системы характеристик УЗ привода и. методика выбора, его исполнения по технологическому назначению станка НО
4.6 Выводы по п.4 116
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ШЗИЧЕСКОЙ ЭФШСТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ ПРИ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКЕ ОТВЕРСТИЙ 120
5.1 Уточнение задач и обоснование методики исследований 120
5 2 Методика лабораторных исследований 122
5 3 Сравнительное исследование средних усилий на инструменте при УЗО с применением колебаний разных типов 124
5.4 Вибродемпфирование при УЗО отверстий с применением крутильных и продольно-крутильных колебаний 128
5»5 Калибрующий эффект крутильных колебаний при УЗО отверстий развертками 133
5.6 Испытание метода акустической диагностики и ускоренной наладки номинальных режимов УЗО 135
5.7 Выводы по п. 5 140
6. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЭШШВНОСТИ ПРОЦЕССОВ И ОБОРУДОВАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ОТВЕРСТИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ 142
6.1 Сравнительная технологическая эффективность схем станочного оборудования и его типовых УЗ режимов 143
6.2 Сравнительная технологическая эффективность применения крутильных и продольно-крутильных УЗК для предварительной обработки отверстий сверлом PI8 154
6.3 Исследование точности, качества и стабильности показателей ультразвуковой обработки развертками PI8... 163
6 4 Технологическая эффективность алмазной ультразвуковой доводки отверстий с применением крутильных УЗК 185
6 5 Технологическая проверка метода оптимизации УЗО по удельному износу инструмента б.6 Выводы по п. 6 195
7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 201
7.1 Общее заключение по работе 201
7.2 Рекомендации по использованию разработок 209
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 211
Введение к работе
Ускорение научно-технического прогресса названо на ХХУІ съезде КПСС одной из основ обеспечения роста благосостояния советских людей, т.е. решения главной задачи одиннадцатой пятилетки.
Современная наука и техника характеризуется бурным развитием новейших электрических и ультразвуковых методов обработки материалов, созданием нового технологического оборудования.
Улучшение качества выпускаемой продукции остается основной линией экономического развития СССР на длительные перспективы, как необходимое условие создания материально-технической базы коммунизма. Необходимые в этом плане повышение надежности машин и аппаратов, точности станков и приборов, экономически двигателей внутреннего сгорания и снижение токсичности их выхлопных газов, требуют повышения точности изготовления прецизионных отверстий в деталях из закаленных сталей, трудно обрабатываемых резанием. Условия эксплуатации, как правило, предъявляют к точным отверстиям повышенные требования по качеству поверхности, что делает весьма трудоемкой технологию получения точных сопряжений деталей в условиях массового производства. Так по потребностям 6... ...8-ми министерств, в том числе в связи с актуальными направлением дизелизации в автопромышленности, по стране выпуск деталей топливной аппаратуры,сопрягаемых с зазором 0,6...1,8 мкм, составит около 40 млн. штук в год и это сопряжено со значительными затратами ручного и машинно-ручного труда.
На; путях преодоления названных трудностей значительная роль уделяется электрическим и ультразвуковым методам обработки,отличающимся высокой интенсивностью излучения и объемной концентрацией энергии в зоне обработки. Электрофизические методы, однако, решая проблему точности, часто не применимы как финишные из-за боль - 5 шой толщины дефектного слоя. В аспекте комплексной интенсификаг ции одним методом целого ряда процессов технологического маршрута получения прецизионного отверстия более перспективным представляется использование ультразвуковой обработки /УЗО/ как лейвийными, так и абразивно-алмазными инструментами. При этом, согласно итогам теоретических разработок и моделирующих экспериментов широкого крута ученых различных школ , например, А.Й.Маркова, В.Н.Поду-раева, В.АЛривалова, В.Д.Мартынова, А.А.Суворова и других, наиболее эффективным должно быть сообщение всем типам осевых инструментов от сверца до алмазного притира-доводника комплексных УЗК, близких к чисто крутильным. Однако, в опытах указанные предпосылки остались нереализованными, т.к. известные высокоэффективные пьезо-керамические преобразователи чисто крутильных УЗК маломощны /до 0,2 кВт/, а, системы требуемой мощности /0,5..2 кВт/ не обеспечивает необходимой устойчивости векторной формы колебаний.
Ц е л ь данной диссертации- разработка теоретической и аппаратурной основ ультразвуковой технологии предварительной , чистовой и отделочной обработки прецензионных отверстий в закаленных сталях с применением крутильных колебаний для повышения производительности, точности и качества обработки деталей, в частности, дизельной топливной аппаратуры.
Таким образом, цель работы актуальна, соответсвует генераль— ному направлению развития отечественного производства в XI пятилетке и, что требуется от диссертационной работы, предусматривает новые решения научной задачи, имеющей существенное значение для точного машиностроения.
Научная новизна работы связана с тем, что в ней предпринимается одна из первых попыток обоснования и применения в технологии обработки прецевионных отверстий специфических преимуществ попе - 6 речных ультразвуковых сдвиговых колебаний в форме технически чисто крутильных.
В теоретическом разделе работы при анализе процесса УЗО в линейном приближении разработана .его кинематическая модель с выявлением режимов, оптимизирующих микрогеометрию обработанной по верхности при отделочной алмазной УЗО отверстия.
В развитие известных представлений о процессе в связи с критерием скорости определены пороговые условия и функции ограничения режимов , используемые при проектровании и на этапе предварительной наладки оборудования и важные в наибольшей степени для повышения стойкости инструментов.
Для обеспечения точностных и качественных показателей обработки с максимальной стабильностью проанализирована нелинейная динамическая модель процесса УЗО и разработана методология оперативной диагностики процесса по критериям нелинейности и вероятности адгезионных микроостановок - схватываний с глубины вырыванием материала в зоне контакта.
Для предположенного принципиально нового типа крутильных УЗ преобразователей разработана инженерная методика расчета главных собственных частот, на которых реализуются режимы, отвечающие требованиям технологического применения.
В четвертом разделе освещены экспериментальные исследования аппаратуры для возбуждения и контроля крутильных УЗК при УЗО отверстий с выявлением условий конструктивного исполнения колебательного привода для двухрежимнои его эксплуатации при различных по жесткости нагрузочных характеристиках в соответсвии с требованиями предварительной и чистовой обработки отверстий с одной установки детали. Проведена проверка и упрощение расчетной методики определения собственных частот. Предложена методика выбора-исполнения крутильного преобразователя по его специализированно -7-му технологическому назначению,
В пятом разделе описаны лабораторные испытания методолгии нелинейно-акустической диагностики процесса, проверяется применимость критерия скорости как определяющего критерия подобия.
В шестом разделе освещаются результаты исследования сравнительной технологической эффективности процессов и оборудования УЗО отверстий на крутильных колебаниях в ходе опытно-промышленных испытаний и внедрения комплекса операций предварительной УЗО сверлом PI8, чистовой УЗО разверткой PI8 И; алмазной ультразвуковой доводки отверстий разжимным притром-доводником. Все процессы исследуются при минимальной вариации параметров режимов вблизи оптимума. Статистическим анализом средних показателей точности размеров и геометрической формы отверстия, а также анализом стабильности этих показателей по относительному изменению выборочных дисперсий контролируемых параметров, выявлены объективно значимые, технологические эффекты УЗО и условия их достижения, подтвержденные результатами внедрения разработок.
В заключительной седьмом разделе работы обобщены аспекты ак?г туальности, научной новизны, практической значимости работы, степень обоснованности научных результатов и эффективность реализации разработок. Базовыми являются результаты внедрения ультразвуке вой обработки малоразмерных отверстий спиральными сверлами, машинными метчиками, ручными развертками, а также ультразвуковой алмазной доводки працизионных отверстий в деталях топливной дизельной аппаратуры. На. основании обобщающих выводов по работе предложены рекомендации по использованию и дальнейшему развитию разработок процессов и обрудования УЗО отверстий на крутильных колебаниях. Материалы о предложенных разработках вошли в учебник п Металлорежущие станки"/114/для студентов вузов машиностроительных специае льностей.
