Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1: СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Обзор опубликованных результатов исследований по изучению
влияния динамических процессов, протекающих при прерывистом
резании, на качество обрабатываемой поверхности детали:
1.1.1 Понятие качества поверхности детали
в машиностроении //
1.1.2 Качество обрабатываемой поверхности детали
в процессе точения 18
1.1.3 Качество обрабатываемой поверхности детали
в процессах сверления и зенкерования 27
1.1.4 Качество обрабатываемой поверхности детали
в процессе фрезерования 36
1.1.5 Качество обрабатываемой поверхности детали
в процессе протягивания (прошивания) .....42
Выводы по главе ,,,.- 56
Цель и задачи исследования 58
ГЛАВА 2:
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ,
ПРОТЕКАЮЩИХ В ЗОНЕ РЕЗАНИЯ ПРИ КОНТАКТЕ РЕЖУЩЕГО
ЗУБА ИНСТРУМЕНТА С ОБРАБАТЫВАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ, НА
ПОЛУЧАЕМОЕ КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛИ В ПРОЦЕССЕ
ПРОТЯГИВАНИЯ (ПРОШИВАНИЯ)
Математическое моделирование процесса формообразования обрабатываемой поверхности отверстия детали 60
Исследование динамических процессов, протекающих в зоне резания при контакте режущего зуба с обрабатываемой поверхностью детали:
2.2.1 Анализ возникновения неровностей на обрабатываемой
поверхности при постоянной скорости привода и идеальной
исходной поверхности заготовки 74
2.2.2 Анализ эффекта технологического наследования
неровностей поверхности заготовки обрабатываемой
поверхностью детали при постоянной скорости привода 76
2.2.3 Анализ влияния нестабильной скорости привода
на геометрические параметры качества обрабатываемой
поверхности при идеальной исходной поверхности заготовки 79
2.3 Выводы по главе 82
ГЛАВА 3:
АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ
В ГИДРОСИСТЕМЕ ПРОТЯЖНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
3.1 Математическое моделирование динамических процессов,
протекающих в гидроприводе типового протяжного оборудования:
Расчет начальных условий для математического моделирования 85
Создание математической модели динамических процессов, возникающих в гидросистеме протяжного пресса и результаты
ее исследования 107
3.2 Выводы по главе 131
ГЛАВА 4:
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ПРИ ПРОТЯГИВАНИИ
(ПРОШИВАНИИ) ДО МОДЕРНИЗАЦИИ ГИДРОПРИВОДА
ПРОТЯЖНОГО ПРЕССА
4.1 Исследование динамических процессов, протекающих
в технологической системе при прошивании до модернизации 132
4.2 Выводы по главе 155
4 ГЛАВА 5:
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ
ОБОБЩЕННОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА
ПРОТЯГИВАНИЯ (ПРОШИВАНИЯ)
Объекты исследования, оборудование и измерительные приборы 157
Экспериментальное исследование геометрических параметров
качества поверхности детали в процессе прошивания 161
5.3 Выводы по главе 169
ГЛАВА 6:
ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ ПРИ ПРОТЯГИВАНИИ
(ПРОШИВАНИИ) ПОСЛЕ МОДЕРНИЗАЦИИ ГИДРОПРИВОДА
ПРОТЯЖНОГО ПРЕССА
6.1 Исследование динамических процессов, протекающих
в технологической системе при прошивании после модернизации 170
6.2 Выводы по главе 197
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 199
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 202
ПРИЛОЖЕНИЯ:
Приложение 1 209
Приложение 2 214
Приложение 3 221
Приложение 4 232
Приложение 5 244
Приложение 6 249
Приложение 7 261
Приложение 8 272
Введение к работе
Повышение производительности операций металлообработки и качества выпускаемой продукции с одновременным снижением ее себестоимости является одной из актуальных задач современного производства.
За последние годы в машиностроении были сделаны определенные шаги по обеспечению требуемого качества обрабатываемой поверхности детали. В то же время, при повышении требований к получаемому качеству поверхностного слоя, вопрос достижения этого качества, остается одним из актуальнейших вопросов современного машиностроения.
Как установлено большинством исследователей [10, 12, 16, 29 и др.], занимающимися вопросами повышения качества обрабатываемой поверхности в процессе резания, одной из основных причин ухудшающих качество поверхности детали являются механические колебания технологической системы. Возникающие колебания, обусловлены совместнцми действиями различных динамических факторов, возникающих в процессе резания.
Однако, до настоящего времени, исследований по изучению совместного влияния различных динамических факторов и получение соответствующих рекомендаций по снижению их негативного воздействия на получаемое качество обрабатываемой поверхности в процессе резания, должным образом не проведено в полном объеме.
В связи с этим, в настоящей работе обоснована необходимость в проведении дополнительных исследований по изучению механизма совместного влияния различных динамических факторов на получаемое качество поверхности детали в процессе протягивания (прошивания). Выбор процесса протягивания (прошивания), обусловлен высокими показателями производительности процесса и качеству получаемых поверхностей.
В соответствии с вышеуказанным, целью работы является повышение геометрических параметров качества обрабатываемой поверхности детали в процессе протягивания (прошивания) на основе совершенствования динамических характеристик привода оборудования.
Для достижения поставленной цели, предусмотрено решение следующих задач:
Исследовать влияние динамических факторов, возникающих в зоне резания при контакте режущего зуба с обрабатываемой поверхностью, на получаемую макро- и микрогеометрию поверхности детали в процессе протягивания (прошивания);
Исследовать влияние динамических факторов, возникающих в гидросистеме протяжного оборудования, на работу гидропривода;
Исследовать совместное влияние (обобщенная математическая модель) динамических факторов, возникающих в зоне резания при контакте режущего зуба с обрабатываемой поверхностью, и динамических факторов, возникающих в гидроприводе протяжного оборудования, на получаемые геометрические параметры качества поверхности детали;
Экспериментально подтвердить адекватность разработанной обобщенной математической модели процесса протягивания (прошивания);
Сформулировать рекомендации по улучшению геометрических параметров качества обрабатываемой поверхности детали в процессе протягивания (прошивания) и предложения по их реализации.
Настоящая работа состоит из шести глав, выполненных с единых методологических позиций.
Первая глава посвящена обзору опубликованных результатов исследований по изучению влияния динамических процессов, возникающих при прерывистом резании, на качество обрабатываемой поверхности детали. В этой главе анализируется влияние различных динамических факторов, на получаемое качество поверхности детали, при разных способах механической обработки (от токарных до протяжных работ). На основании полученных выводов проведенного обзора сформулирована цель и задачи исследования.
Во второй главе исследовалось влияние динамических процессов, возникающих в зоне резания при контакте режущего зуба с обрабатываемой поверхностью на получаемые геометрические параметры качества поверхности детали
7 в процессе протягивания (прошивания). Для этого, разработана математическая
модель процесса формообразования обрабатываемой поверхности детали.
С помощью математического моделирования процесса формообразования, получены результаты расчета для следующих вариантов:
Анализ возникновения неровностей на обрабатываемой поверхности при постоянной скорости привода и идеальной исходной поверхности отверстия заготовки;
Анализ эффекта технологического наследования неровностей поверхности заготовки обрабатываемой поверхностью детали при постоянной скорости привода;
Анализ влияния нестабильной скорости привода на качество обрабатываемой поверхности детали при идеальной исходной поверхности заготовки.
В третьей главе исследовалось влияние динамических процессов, возникающих в гидросистеме протяжного оборудования, на работу гидропривода. С этой целью, разработана математическая модель динамических процессов, протекающих в типовом гидроприводе протяжного оборудования. В результате проведенных исследований проверена достоверность разработанной математической модели (динамические процессы, описываемые математически, хорошо согласуются с реально протекающими в гидроприводе) и получены исходные данные для дальнейшего математического моделирования.
В четвертой главе исследовалось совместное влияние динамических процессов, возникающих в технологической системе при протягивании (прошивании), на качество обрабатываемой поверхности детали. С этой целью, разработана обобщенная математическая модель процесса протягивания (прошивания), состоящая из математической модели процесса формообразования обрабатываемой поверхности отверстия детали и математической модели динамических процессов, протекающих в типовом гидроприводе протяжного оборудования.
В результате проведенных исследований установлено, что на качество обрабатываемой поверхности детали оказывают такие взаимосвязанные между
собой явления, как: ударная нагрузка, возникающая в момент врезания, как
первого, так и последующих режущих зубьев в обрабатываемое отверстие; переменные усилия резания, обусловленные неравномерной толщиной срезаемого слоя, вследствие непостоянных геометрических параметров качества поверхности заготовки; нестабильная скорость движения гидропривода, вызванная взаимным влиянием ударной нагрузки, непостоянной толщиной срезаемого слоя, возникающими колебательными процессами от одновременно режущих зубьев инструмента и выбегом одного из режущих зубьев из обрабатываемого отверстия детали.
На основании полученных результатов исследований, разработаны соответствующие рекомендации по снижению негативного воздействия указанных факторов на получаемые геометрические параметры качества обрабатываемой поверхности детали в процессе протягивания (прошивания). При этом, в соответствии с поставленной целью настоящей работы, основное внимание было уделено рекомендации, связанной со стабилизацией скорости движения привода протяжного оборудования на процессах врезания/выбега режущих зубьев в/из обрабатываемого отверстия детали.
Согласно указанной рекомендации, стабилизировать скорость движения гидропривода протяжного оборудования, можно путем установки дроссельного регулятора расхода на выходе из штоковой полости силового гидроцилиндра.
В пятой главе получено экспериментальное подтверждение адекватности разработанной обобщенной математической модели процесса протягивания (прошивания). С этой целью, сравнивалось геометрическое качество поверхности детали, полученное экспериментально и геометрическое качество поверхности детали, вычисленное по соответствующим формулам настоящей работы. По результатам исследований приводится подтверждение адекватности обобщенной математической модели процесса прошивания (протягивания).
В шестой главе проведен анализ эффективности повышения геометрических параметров качества обрабатываемой поверхности при реализации рекомендации, предложенной в четвертой главе. С этой целью, на основе ранее соз-
данной обобщенной математической модели процесса протягивания (прошивания), разработана обобщенная математическая модель с учетом модернизированной гидросистемы протяжного оборудования. Модернизация типового гидропривода протяжного оборудования заключается в установке, на выходе из штоковой полости силового гидроцилиндра, дроссельного регулятора расхода, состоящего из редукционного гидроклапана и регулируемого гидродросселя.
Это позволяет автоматически стабилизировать скорость движения поршня силового гидроцилиндра (движение стержня инструмента) на процессах врезания/выбега режущих зубьев в/из обрабатываемого отверстия детали.
В результате проведенных исследований установлено, что за счет автоматической стабилизации скорости движения привода можно добиться существенного улучшения геометрических параметров качества обрабатываемой поверхности.
Научная новизна настоящей работы состоит:
В создании математической модели, позволяющей исследовать влияние динамических процессов, протекающих в зоне резания при контакте режущего зуба с обрабатываемой поверхностью, на получаемые геометрические параметры качества поверхности детали в процессе протягивания (прошивания);
В создании математической модели, позволяющей исследовать влияние динамических процессов, протекающих в гидросистеме протяжного оборудования, на работу гидропривода;
В создании обобщенной математической модели, позволяющей исследовать совместное влияние динамических процессов, протекающих в зоне резания при контакте режущего зуба с обрабатываемой поверхностью, и динамических процессов, протекающих в гидроприводе протяжного оборудования, на получаемые геометрические параметры качества обрабатываемой поверхности отверстия детали;
На основании проведенного математического моделирования получены результаты, позволяющие оценить влияние на геометрические параметры качества обрабатываемой поверхности при протягивании (прошивании) ударной на-
грузки, непостоянства геометрических параметров качества поверхности заготовки и нестабильной скорости приводного оборудования, а также даны рекомендации по снижению их негативного влияния.
Практическая ценность диссертации состоит в разработанной методике оценки геометрических параметров качества обрабатываемой поверхности детали на основе математического моделирования динамических процессов, возникающих при протягивании (прошивании).
На основании полученных результатов исследований даны рекомендации по модернизации гидропривода протяжного оборудования, позволяющие улучшить геометрические параметры качества обрабатываемой поверхности детали в процессе протягивания (прошивания) за счет использования системы автоматической стабилизации скорости движения инструмента.
Апробация работы
Исследования выполнены в рамках тематических планов Министерства образования РФ в 2001-2004 гг.
Полученные результаты докладывались на 39-й и 49-й МНТК ААИ «Приоритеты развития отечественного автотракторостроения и подготовки инженерных и научных кадров». Секция 7 «Методы обработки, станки и инструмент». Москва, МГТУ «МАМИ», сентябрь 25-26 2002 г. и март 23-24 2005 г.
Внедрение результатов исследований
Полученные математические модели и методики расчетов представлены для использования (см. Приложение 8) в учебном процессе кафедры «Гидравлика и ГПП» по дисциплине «Автоматический гидропривод» для студентов специальностей 151001 «Технология машиностроения» и 151002 «Металлорежущие станки и комплексы» МГТУ «МАМИ», а также, в виде практических рекомендаций для реализации на машиностроительном заводе ООМЗ «Транспрогресс».
