Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Состояние проблемы, цель и задачи исследования 9
1.1 Анализ существующих технологических процессов механической обработки точных отверстий и главных особенностей абразивно-алмазного развертывания (ААР) 9
1.2 Анализ известных конструкций абразивно-алмазных разверток, характеристики абразивных материалов, применяемых для рабочего слоя инструмента и условий операции ААР 15
1.3 Выводы 30
1.4 Цель и задачи исследования 31
Глава 2 Теоретический анализ конструкций абразивно- алмазных разверток, оценка режущей способности инструмента и условий стружкообразования при ААР. Структурный и параметрический анализ процесса 33
2..1Анализ особенностей конструктивных элементов абразивно-алмазных разверток и оценка их влияния на выходные параметры процесса ААР
2.2 Анализ механизма взаимодействия режущего слоя инструмента со срезаемым слоем при ААР и теоретическое обоснование необходимой прочности алмазного зерна. Виды износа алмазно-никелевого слоя инструмента 48
2.3 Анализ условий стружкообразования при ААР 60
2.4 Структурный и параметрический анализ процесса ААР... 71
Глава 3 Экспериментальные исследования выходных параметров процесса ААР отверстий в зависимости от конструктивных особенностей абразивно-ал азных разверток, условий операции и физико-механических свойств обрабатываемого материла 84
3.1 Формирование методических приемов исследования процесса ААР 84
3.2 Исследование точности обработки в зависимости от конструктивных особенностей инструмента и условий операции ААР
3.2.1 Точность обработки отверстий ААР в зависимости от конструктивных особенностей инструмента, принятой схемы обработки и режима резания
3.2.2 Точность обработки отверстий ААР в зависимости от величины снимаемого припуска и числа проходов инструмента
3.2.3 Точность ААР отверстий в зависимости от характеристик алмазно-никелевого режущего слоя инструмента и физико-механических свойств обрабатываемого материала
3.3 Исследование зависимости периода стойкости режущего слоя абразивно-алмазных разверток от конструктивных особенностей инструмента и условий операции ААР
3.3.1 Период стойкости режущего слоя абразивно-алмазных разверток в зависимости от конструктивных особенностей инструмента
3.3.2 Период стойкости режущего слоя абразивно-алмазных разверток в зависимости от марки зерна в режущем слое инструмента, физико-механических свойств обрабатываемого материала и режима резания 125
3.3.3 Влияние свойств смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС) на период стойкости режущего слоя инструмента при ААР...
3.3.4 Влияние условий обработки на период стойкости режущего слоя абразивно-алмазных разверток 137
3.4 Исследование зависимости шероховатости эксплуатационных свойств обработанной поверхности от конструктивных особенностей инструмента и условий операции ААР 140
3.4.1 Влияние конструктивных особенностей инструмента на параметры шероховатости поверхности, обработанной ААР 140
3.4.2 Шероховатость обработанной поверхности в зависимости от физико-механических свойств обрабатываемого материала, марки и размера алмазного зерна в режущем слое инструмента 143
3.4.3 Шероховатость обработанной поверхности в зависимости от условий обработки, режима резания и свойств СОТС 146
3.4.4 Сравнительные эксплуатационные характеристики поверхностей обработанных ААР и хонингованием.
Глава 4 Рекомендации по использованию процесса ААР для обработки точных отверстий в деталях машин
4.1 Рекомендации по выбору конструкции и характеристик инструмента, технологии его изготовления и назначению технологических параметров процесса ААР 159
4.2 Примеры использования процесса ААР в производстве. Технико - экономические показатели 197
Заключение 205
Список литературы 210
Приложение
- Анализ известных конструкций абразивно-алмазных разверток, характеристики абразивных материалов, применяемых для рабочего слоя инструмента и условий операции ААР
- Анализ механизма взаимодействия режущего слоя инструмента со срезаемым слоем при ААР и теоретическое обоснование необходимой прочности алмазного зерна. Виды износа алмазно-никелевого слоя инструмента
- Исследование точности обработки в зависимости от конструктивных особенностей инструмента и условий операции ААР
- Примеры использования процесса ААР в производстве. Технико - экономические показатели
Введение к работе
Требования по точности обработки основных рабочих поверхностей наиболее ответственных деталей машин, выпускавшихся 5... 10 лет назад, соответствовали 5...6 квалитету. На сегодняшний день они соответствуют 6...7 квалитету. При этом геометрическая точность формы отверстий не должна превышать 2,5...5 мкм. Выполнение этих требований определяет качество и конкурентоспособность продукции машиностроения.
Требуемая точность отверстий может быть обеспечена технологическим процессом хонЕнгования или процессом притирки. Однако, при хонинговании, зачастую, требуется применение специального дорогостоящего оборудования, сложного в наладке и эксплуатации. Использование процесса притирки увеличивает технологический цикл за счет необходимости введения операции мойки, не всегда обеспечивающей полное удаление абразивных частиц, содержащихся в притирочной пасте, что приводит к повышенному износу сопрягаемых поверхностей в процессе эксплуатации.
Процесс абразивно-алмазного развертывания (ААР) точных
отверстий еще в 60-е годы нашел применение, как альтернатива
хонингованию. Однако причины, обеспечивающие большую точность
обработки и большую режущую способность инструмента до сих пор не
нашли должного объяснения. Имеющиеся публикации авторов
Визена Э.Э. [14], Писклюкова В.И. [44,45,49], Панина Г.И. [41], Холмогорцева Ю.П. [75], Сафронова В.Г. [57] и др. описывают техническую сущность процесса и, в основном, лишь констатируют его эффективность. Наибольший вклад в данном направлении внес в 80-е годы профессор Фрагин И.Е. (НИИТракторсельхозмаш, г.Москва) [36,67, 69,70,71,72].
Сведения об инструменте для ААР присутствуют в работах Прудникова Е.А. [51] и Журавлева В.В. (ВНИИалмаз, г. Москва) [31,22], однако они рассматривают вопрос с точки зрения формирования режущего слоя инструмента методом гальваностегии.
Рассмотрение специфических особенностей ААР, показывает, что по сути, процесс является синтезом технологий хонингования и притирки. Поэтому, при анализе литературы подробно были рассмотрены работы Чеповецкого И.Х, Фрагина И.Е., Сире Ю.С., Сагарды А.А., Городецкого В.Н. ([4,37,40,54,55,56,71,76,77,79,80,160]) посвященные хонингованию, а также труды Ящерицына П.И. и Орлова П.Н. ([37,42,85,86,87]), рассматривающие вопросы притирки.
Изучались публикации, посвященные вопросам механики деформаций и контактного взаимодействия при резании абразивно-алмазными инструментами, таких авторов, как Хиллинг, Попов С.А., Малевкий Н.П, Терещенко, Л.М, Тамаркин М.А., Бердников В.Ф., Лоладзе Г.Н., Сагарда А.А., Богданович М.Г. Лурье Г.Б. и др. ([6,8, 10,27,28,31,33,35,43, 47,55,56, 74,83,84,106])
Большинство изученных исследований содержат элементы расчета или экспериментального определения среднестатистических сил взаимодействия режущих зерен со срезаемым слоем с учетом соотношения чисел режущих и деформирующих зерен, а также параметров сечения среза. Разброс результатов при этом достаточно велик, что связано, очевидно, с переменностью этих параметров под действием не учитываемых факторов, таких, как: изменения микрорельефа рабочего слоя инструмента по мере его износа и трудность учета фактической микрогеометрии абразивных зерен.
Обычно при анализе работы единичного зерна присущую ему
неопределенность геометрии, подменяют условной моделью, например -
сферой или конусом. Однако, в связи со сложностью механики процесса
резания, даже если рассматривать его, как свободное резание лезвием с
единственной прямолинейной кромкой, адекватной модели
стружкообразования до сих пор не имеется. В таком случае становится полезной разработка модели, которая при учете наиболее значимых факторов позволяла бы объяснять экспериментальные результаты, а также прогнозировать направленность действия этих факторов на промежуточные и конечные результаты.
При системном анализе процесса в целом и теоретическом анализе процесса стружкообразования были использованы работы
7 Зорева Н.Н., Кабалдина Ю.Г., Клушина М.И., Лоладзе Г.Н., Попова С.А. ([23,25,26,31,32,47]),
Таким образом, использование процесса ААР, позволяющего повысить производительность, точность и качество обработки, снизить затраты на обработку по сравнению с хонингованием и притиркой ограничивается отсутствием научно-обоснованных технологических и технических рекомендаций по назначению оптимальных условий ААР отверстий в деталях машин (в том числе в автомобильных деталях). Это связано, в частности, с недостаточностью сведений о механизме формирования поверхностей при ААР, малой изученностью закономерностей изменения качества поверхностного слоя в зависимости от основных технологических параметров процесса (скорости резания, подачи инструмента, характеристик режущего слоя и др.).
Из изложенного выше следует вывод о том, что комплексное изучение процесса ААР при обработке точных отверстий в конструкционных материалах является актуальной научно-прикладной задачей.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения.
В первой главе диссертации проведен сравнительный анализ различных методов финишной обработки точных отверстий: хонингования, доводки, ААР. Выявлены особенности изучаемого процесса и рассмотрены свойства инструментальных материалов для ААР. Выполнен анализ отечественных и зарубежных работ по теме диссертации и сформулированы основные решаемые в диссертации задачи.
Во второй главе диссертации выявлены особенности
функционирования процесса ААР, рассмотрен процесс
стружкосбразования и формирования поверхностного слоя обрабатываемого отверстия. На основе структурного анализа процесса ААР, проведен анализ значимости ведущих входных факторов в обеспечении эффективности операции (производительности обработки, обеспечении точности и требуемой шероховатости обработанной поверхности, периода стойкости режущего слоя инструмента).
В третьей главе изложена методика и результаты
экспериментальных исследований зависимости выходных
технологических параметров процесса ААР от конструктивных особенностей и характеристик инструмента, принятой схемы обработки, режима резания и свойств СОТС, выполненных с целью подтверждения правильности теоретических выводов, сделанных в главе 2.
В четвертой главе представлены разработанные на основе комплексных исследований рекомендации по выбору конструкции инструмента и характеристик режущего слоя абразивно-алмазных разверток, назначению режима обработки и выбору состава СОТС для ААР точных отверстий в деталях машин из различных конструкционных материалов. Приведены результаты апробации и внедрения работы в ОАО «ГАЗ». Представлен технико-экономический анализ эффективности процесса ААР.
В заключительной части подведены итоги диссертационной работы.
Приложение к диссертации содержит акты использования в ОАО «ГАЗ» процесса алмазного развертывания отверстий в 12 деталях автомобилей и автомобильных двигателей (ГАЗ-24, ГАЗ-542, ГАЗ-3307, ГАЗ-560, изготавливаемый по лицензии фирмы "Steyr", ЗМЗ-406 и др.) и акт освоения производства инструмента в инструментальном производстве ОАО «ГАЗ».
В тексте диссертации приняты следующие сокращения:
Анализ известных конструкций абразивно-алмазных разверток, характеристики абразивных материалов, применяемых для рабочего слоя инструмента и условий операции ААР
В общем случае, конструктивно, абразивно-алмазные развертки представляют собой разрезную втулку, надетую на коническую оправку. На поверхность втулки методом гальваностегии нанесен алмазносодержащий слой. Регулировку размера инструмента осуществляют путем осевого перемещения втулки по конусу оправки посредством регулировочной гайки. Существуют конструкции с передней регулировкой, при которой перемещение разрезной втулки производят гайкой, расположенной на переднем конце инструмента, и конструкции двойного действия, которые снабжают двумя гайками, расположенными спереди и сзади разрезной регулируемой втулки. Применяют также оправки с обратным конусом, имеющим больший диаметр спереди и меньший сзади, при этом регулировочная гайка располагается за втулкой с абразивно-алмазным режущим слоем. В процессе обработки инструмент пропускается через отверстие в детали и одновременно осуществляется вращение детали или инструмента. Передняя часть абразивно-алмазной развертки имеет конусность для ввода инструмента в отверстие и осуществляет удаление основной доли припуска. Съем материала осуществляет также и цилиндрическая (калибрующая) часть инструмента.
В работе [85] исследовалась работоспособность притиров с алмазно-никелевым покрытием. Исследование структуры алмазного слоя толщиной 0,07...0,1 мм (зерно 40...70 мкм) показало, что на 1 мм" рабочей поверхности притира имеется около 600 алмазных зерен. На поверхности разжимного притира диаметром 6 мм и длиной 18 мм закреплено около 200 000 алмазных зерен. Режим эксплуатации: скорость резания У=30...40м/мин, скорость осевого перемещения притира SM=3,5...7,0M/MHH. Отмечено, что основные достоинства притира с алмазно-никелевым слоем - высокая стойкость и возможность полной автоматизации процесса.
По данным, приведенным Прудниковым [51], фактическое содержание алмазных зерен 50/40 на 1 мм поверхности инструмента с алмазно-никелевым покрытием составляет 150 шт, что в 4 раза меньше, чем по данным [85].
Применение алмазных доводников [13,14] позволило получить поверхность с шероховатостью Ra 0,32...0,16 мкм, размер отверстия с допуском 10 мкм и геометрическую точность в пределах 2...3 мкм.
По сообщениям профессора Фрагина И.Е. [67,69] для обработки отверстий Ф16 мм и Ф18 мм в корпусных деталях из чугуна применялись развертки с напаянными хонинговальными брусками, а также с режущим слоем в виде алмазно-никелевого покрытия. Обработка производилась по схеме: «жесткий инструмент-плавающая деталь», на вертикально-сверлильном станке. Режим обработки: V = 9...10 м/мин (n = 180 об/мин), S0-l,6 мм/об (SM = 2,88 мм/мин), снимаемый припуск составил 7...13 мкм. Рабочая подача осуществлялась при движении инструмента вниз. После обработки вывод инструмента из обрабатываемого отверстия осуществлялся со скоростью 15...20 м/мин. Отмечена хорошая исправляющая способность развертки с алмазно-никелевым режущим слоем. Нецилиндричность обработанных отверстий не превышала 2,5 мкм. Стойкость развертки с алмазно-никелевым режущим слоем составила 700...900 отверстий, а развертки с алмазными хонинговальными брусками 200...250 отверстий.
Фирма «Citroen» [98] применяет процесс ААР в качестве финишной операции при обработке отверстий в деталях с геометрическими отклонениями и допуском на размер 1 мкм, что позволяет полностью исключить селективную сборку. Инструмент с алмазно-никелевым слоем имеет возможность регулировки с целью настройки на размер и компенсации износа. Для покрытия инструмента используют алмазный порошок фирмы «De Bears» зернистостью 10...152 мкм. Инструмент применяют для обработки отверстий диаметром 4...50 мм. Шероховатость обработанной поверхности - до Яа0,1мкм. Стоимость инструмента Ф8 мм составляет -100 фунтов стерлингов. Период стойкости до 15 000 отверстий при обработке стальных изделий и до 50 000 отверстий при обработке деталей из чугуна. Величина припуска снимаемого за один проход инструмента на черновых операциях составляет- 5 мкм; на чистовых- 1мкм. Шероховатость обработанной поверхности на черновых операциях - Ra5 мкм и Ra0,16 мкм - при чистовой обработке. Производительность станка около 200 деталей в час, максимальный припуск под обработку - 40 мкм, а поле рассеивания размеров предварительно обработанного отверстия не должно превышать 4 мкм.
Фирма «Gering» [ 102] применяет разжимные абразивно-алмазные развертки, представляющие собой втулку из мелкозернистого чугуна, снаружи покрытую алмазными зернами на гальванической связке. Втулка имеет спиральный разрез. Диаметр применяемых алмазных разверток 9...50мм. Развертка может использоваться как на специальном станке, так и закрепляться в шпинделе обычного сверлильного станка. Скорость резания при обработке чугуна V=25M/MHH, подача S0—1 мм/об. Инструмент обеспечивает получение геометрических характеристик и допуска на размер отверстия в пределах 3...4 мкм. Стойкость инструмента составляет до 50 000 отверстий.
Дальнейшим совершенствованием абразивно-алмазных разверток выпускаемых фирмой «Gering» явилась разработка инструмента для обработки глухих и труднодоступных отверстий [104]. Конструкция развертки обеспечивает внутренний подвод СОТС в зону обработки. В качестве СОТС применяется масло на парафиновой основе. В режущем слое были использованы природные алмазы фирмы «De Bears» МВ40/170. Обработка отверстия диаметром 19 мм в чугунном корпусе производилась за один проход на радиально-сверлильном станке со скоростью V = 20 м/мин (п=350об/мин). Величина снимаемого припуска-0,02...0,03мм. Обработанные отверстия имели геометрические характеристики и допуск 2 мкм, шероховатость обработанной поверхности составляла Ra0,3...0,38 мкм. Отмечено, что процесс ААР особенно эффективен при обработке чугунных деталей.
Возможно также использование абразивно-алмазных разверток для обработки миниатюрных отверстий [112]. Обрабатывались отверстия диаметром 6 мм. Удалось добиться размерной точности отверстий порядка 0,65 мкм, при некруглости отверстий не более 1 мкм. Отмечено, что хонингование в ряде случаев ухудшает геометрию окончательно обработанного отверстия. Для обработки отверстий применялись как регулируемые, так и нерегулируемые (жесткие) развертки. Отверстие диаметром 6 мм в чугунной детали обрабатывалось на сверлильном станке
Анализ механизма взаимодействия режущего слоя инструмента со срезаемым слоем при ААР и теоретическое обоснование необходимой прочности алмазного зерна. Виды износа алмазно-никелевого слоя инструмента
Взаимодействие режущего слоя инструмента с обрабатываемойповерхностью, как при хонинговании отверстий инструментом,оснащенным алмазными брусками, так и при ААР, могут бытьрассмотрены, как взаимодействие двух шероховатых поверхностей сразличными физико-механическими свойствами. При этом режущаяповерхность инструмента (хонинговального бруска или абразивно алмазной развертки) представляет собой композицию из твердогоанизотропного материала (алмаза) со сравнительно мягкой связкой. Схемывзаимодействия шероховатых поверхностей хонинговального бруска иабразивно-алмазной развертки с обрабатываемой поверхностьюпредставлены на рис. 2.2.1. Режущие зерна на поверхности хонинговального бруска расположены хаотично, причем над уровнем связки (по Чеповецкому) расположено только до 35% зерен, а остальные находятся на уровне или ниже уровня связки. Контакт связки хонинговального бруска с обрабатываемой поверхностью, образующейся в процессе резания стружкой и выдавленным металлом приводит к ее разрушению. В результате зерна обнажаются и выламываются, а в работу вступают новые. При этом зерна имеют различную высоту и, в первую очередь, происходит разрушение наиболее выступающих зерен. Это обеспечивает постоянное восстановление режущей способности инструмента.
Одной из важных особенностей алмазно-никелевого режущего слоя развертки является то, что при нанесении его методом гальваностегии на режущую втулку образуется такая совокупность зерен со связкой, в которой благодаря весьма высоким механическим свойствам и способности к упрочнению никеля предопределено особое свойство приспособляемости к условиям резания. Значительно большая высота выступания зерен над уровнем прочной пластичной связки, по сравнению с высотой выступания зерен в традиционных хонинговальных брусках, обеспечивает размещение больших объемов стружки, а, следовательно, и существенное повышение допустимой толщины среза. Наиболее выступающие зерна в режущем слое абразивно-алмазной развертки уже на стадии приработки за счет сил резания подвергаются упруго-пластическому вдавливанию вглубь связки, а упрочняющийся в этом процессе никель прочно удерживает эти зерна на естественно выравнивающемся уровне соседних зерен. Это и есть приработочная самоприспособляемость режущего слоя, что является одной из причин высокой стойкости инструмента.
Уже на этапе предварительного анализа процесса ААР на первый план становятся вопросы о соотношении процессов микрорезания, царапанья и пластического оттеснения по механизму выглаживания, что определяет конечный результат - все параметры качества обработки. Существо этих процессов имеет глубокие различия, но все они имеют место при совершении всех операций абразивной обработки и взаимовлияние друг на друга. Структурная схема связей ведущих
При ААР, алмазные зерна на режущей поверхности инструмента расположены хаотично и имеет место случайный характер расположения граней и ребер, влияющий на процесс стружкообразования. Зерна, расположенные вершиной вверх, перемещаются относительно обрабатываемой поверхности либо ребром вперед, образуя валик оттесненного материала, либо вперед гранью, в этом случае условия для образования стружки наилучшие, хотя силы резания максимальны.
Анализ, выполненный в главе 1 позволяет предположить, что съем припуска при ААР происходит за счет: резания с образованием стружки зернами, имеющими углы усрдо -5; микрорезания с образованием стружки зернами сотрицательными передними угами за счет наличия на поверхности зеренямок, сколов и других дефектов (в особенности на поверхности зеренсинтетических алмазов); усталостного разрушения обрабатываемого материала в условиях пластического контакта алмазного зерна с обрабатываемой поверхностью;зерна с обрабатываемой поверхностью.
Очевидно, что соотношение вышеназванных процессов существенно зависит от величины снимаемого припуска. Так, в случае удаления малого припуска снятие стружки будет происходить, в основном, за счет усталостного разрушения обрабатываемого материала при его упругом контакте с алмазным зерном а также за счет микрорезания микрорельефом поверхности зерна.
Величина заглубления зерна в обрабатываемый материал в процессе ААР зависит от жесткости системы «режущая поверхность инструмента- обрабатываемая поверхность», в том числе, от способности режущих зерен заглубляться в связку под действием сил резания, а также от прочности обрабатываемого материала и его способности упруго деформироваться после снятия нагрузки.
Величина абсолютного сближения в контакте «алмазный инструмент-деталь» не соответствует глубине внедрения алмазов в обрабатываемый материал в контакте «алмазное зерно- обрабатываемая
Исследование точности обработки в зависимости от конструктивных особенностей инструмента и условий операции ААР
Основными геометрическими погрешностями отверстий, поступающих на финишную обработку, являются различные отклонения от цилиндричности, а также искривление оси отверстия. Интенсивность их исправления определяют: величина исходных погрешностей отверстия и параметры процесса финишной абразивной обработки (величина припуска, число проходов, размер зерна в режущем слое и т. д.).
В главе 2 теоретически показано, что процесс ААР (по сравнению с хонингованием) обеспечивает уменьшение погрешностей формы обработанного отверстия по цилиндричности за счет более высокой радиальной жесткости и точности инструмента. Специфические свойства алмазно- никелевого слоя развертки обеспечивают увеличение числа режущих зерен, участвующих в работе, уменьшение глубины заделки зерен в связку и существенное увеличение межзеренных стружечных пространств, исключающее контакт по связке, что приводит к уменьшению удельных суммарных сил взаимодействия рабочего слоя инструмента с обрабатываемой поверхностью. Кроме того, уменьшение энергетических характеристик процесса резания обеспечивается за счет увеличения /допустимой толщины срезаемого слоя аср, приходящейся на режущее зерно до соразмерной с величиной зерна и существенного увеличенияфактического переднего угла уср.
С целью сравнения исправляющей способности процессов ААР и хонингования проведена обработка геометрически неправильных отверстий в образцах из чугуна СЧ 21-40 (НВ190...200) и стали 40Х (HRc36...40) разверткой с алмазно-никелевым слоем АС6 80/63 и хонинговальной головкой, оснащенной брусками АС6 80/63 Ml 100%. В отверстиях образцов для исследования Ф15мм с допуском 2 мкм, искусственно создавалась овальность различной величины. Далее производилась обработка образцов опытным инструментом, при которой производился съем припуска 20 мкм. Условия обработки по таблице 3.1.6 (п. 1.1). Результаты обработки приведены в таблице 3.2.1.
Таблица 3.2.1 - Величина овальности отверстия, обработанного ААР и хонингованием (в числителе- величина погрешности, обработанного отверстия; в- знаменателе число проходов инструмента)Из полученных результатов следует: исправление погрешностей формы отверстия зависит отхарактеристик режущего слоя инструмента, числа проходов и физико механических свойств обрабатываемого материала; исправляющая способность абразивно-алмазной развертки выше,чем у хоиинговальной головки. Точность формы отверстия, обработанного
ААР составляет 0,5...2 мкм, хонингованием 2...6 мкм (в зависимости отвеличины исходной погрешности).Для оценки исправляющей способности инструмента при ААР также сравнивались результаты обработки отверстия Ф10 мм в образцах из СЧ21-40 (НВ 190...200) с исходной непрямолинейностью оси отверстия 8... 10мкм двумя однобрусковыми развертками по рис. 2.1.12: развертка I с алмазно-никелевым слоем из порошка АС6 80/63; развертка II, оснащенная хонинговальным бруском АС6 80/63М100%. Условия обработки по таблице 3.1.6 (п. 1.2). Результаты обработки приведены в таблице 3.2.2.
Также проводились сравнительные испытания инструментов для обработки двух соосных отверстий Ф20мм под ось сателлитов дифференциала заднего моста автомобиля ГАЗ-24 (СЧ-24, HRc35...40) ААР и хонингованием в производственных условиях. Условия и результаты обработки представлены в таблице 3.2.3.
Полученные данные подтверждают более высокую исправляющую способность инструмента с алмазно-никелевым режущим слоем по сравнению с инструментом, оснащенным хонинговальным бруском.
Исправляющая способность абразивно - алмазной развертки во многом зависит от геометрической точности формообразующей режущей поверхности инструмента, которую определяют точность ее изготовления, а также радиальная жесткость инструмента, как в процессе работы, так и при настройке на размер, зависящая от его конструктивных особенностей.
С целью определения фактической величины деформации корпуса абразивно-алмазной развертки для обработки малых диаметров под действием сил резания проведены испытания разверток Ф14 мм с режущим слоем АС 15 100/80. В процессе испытаний производилась обработка отверстий в образцах из серого чугуна СЧ 21-40 (НВ 190...200) и стали 40X(HRc 46...50) развертками по рис. 2.1.5 с разжимом по рис. 2.1.6а (условный номер I) и разжимом по рис. 2.1.6в (условный номер II). Условия испытаний по таблице 3.1.6 (п. 1.3).
Примеры использования процесса ААР в производстве. Технико - экономические показатели
Внедрения на операции окончательной обработки 5-ти соосных отверстий Ф67 мм под коренные опоры коленчатого вала блока цилиндров двигателя ЗМЗ - 406. Обработка производилась на специальной установке для ААР в три прохода по схеме: "жесткозакрепленная деталь- плавающий инструмент" (см. рис.4.8). Использование процесса ААР обеспечило стабильное получение отверстий с точ ностью 2... 3 м км и сосностью 0,1 мм, что полностью исключило брак на данной операции. Использование абразивно-алмазных разверток оригинальной конструкции Рис. 4.7 Абразивно-алмазная развертка для обработки 5-ти соосных отверстий Ф67 мм под коренные опоры коленчатого вала блока цилиндров для обработки отверстий цилиндров Ф92 мм, того же блока цилиндров ЗМЗ - 406 (рис. 4.8) позволило стабильно обеспечить выполнение Ъ ф Ф требований чертежа и получать отверстия с точностью 3...4мкм и отклонениями от цилиндричности не более 5 мкм. І ІІероховатость Рис. 4.8 Абразивно-алмазная развертка Ф92 мм для обработки отверстий цилиндров блока цилиндров поверхности составила Ra 0,7...1,0 мкм. Специальный цикл обработки обеспечил получение характера поверхности, аналогичной хонингованной (см. рис. 4.9). 198 Рис. 4.9 Вид обработанной поверхности после ААР Обработка производилась на радиально-сверл ильном станке в 1...2 перехода, со съемом припуска 8.. .20 мкм {время резания 30...50 сек). Процесс использовался при необходимости, как исправляющий после операции хонингования. Экономический эффект от использования инструмента составил 2,5 млн. рублей. На конструкцию разверток получен патент РФ (а.с. RU №2120369 С1). комплектом ОАО "ГАЗ" аоразивно-алмазных разверток была обработана опытная партия деталей двигателя ГА3560 ("Steyr") (рис.4.10). Отверстия цили и дров, отверстия направляющих Рис. 4.10 Абразивно-алмазные развертки для обработки деталей двигателя ГАЗ-560 ("Steyr") втулок и фасок седел клапанов, 5-ти соосных отверстий под коленчаты й вал блока цилиндров; 5-ти соосных отверстий под вал распределительный корпуса распределительного вала, а так же отверстий большой и малой головок шатуна были обработаны без использования специального оборудования, при этом точность отверстий составила 2...5 мкм. Примеры обработки представлены на рис. 4.11 и 4.12. 199 Применение абразивно-алмазных разверток также оказалось полезным при необходимости выполнения селективной сборки: гак, например, при сборке деталей поршневой группы двигателя ГАЗ-3105 имела место ситуация, когда при наличии всех входящих деталей, изготовленных с допусками по чертежу, невозможно было осуществить селективную сборку, так как детали находились в разных размерных группах. Использование ААР позволило обработать отверстия с припуским З...5мкм и получить детали требуемых размерных групп. Рис. 4.12 Обработка отверстий под Рис. 4.13 Абразивно-алмазные поршневой палец ААР развертки для обработки деталей двигателя ГАЗ-3105 Основные итоги диссертации сводятся к следующему: 1. Разработаны методические приемы теоретического и экспериментального исследования процесса ААР. На основе структурного анализа процесса определены ведущие факторы эффективности ААР, наиболее значимыми из которых являются радиальная жесткость конструкции инструмента и повышенная вместимость межзерновых стружечных пространств в режущем слое абразивно-алмазной развертки. 2. Проведен анализ взаимодействия режущего слоя инструмента и обрабатываемой поверхности при ААР. Теоретически обоснована версия о допущении существенного расширения диапазонов углов заборного конуса режущей части абразивно-алмазной развертки при условии соблюдения конструктивных параметров рабочей поверхности с повышенным высотным уровнем и разреженным пространственным распределением алмазных зерен в никелевой связке. Предложена математическая модель процесса стружкообразования при ААР. 3. Проведены комплексные исследования процесса ААР, в результате которых определено влияние конструктивных параметров абразивно-алмазной развертки, режима резания, условий обработки на точность и шероховатость обработанной поверхности, а также на период стойкости режущего слоя инструмента. Исследования проводились в два этапа: на первом этапе изучались особенности функционирования системы ААР на основании результатов теоретического анализа конструктивных особенностей инструмента, количественных и качественных характеристик режущей поверхности инструмента, изучения механизма взаимодействия режущего слоя развертки с обрабатываемой поверхностью и особенностей процесса стружкообразования; на втором этапе проводилась экспериментальная проверка гипотез, разработанных на первом этапе, о причинах эффективности операции ААР и изучалось влияние конструктивных особенностей 206 инструмента, условий и режима операции на выходные параметры процесса (точность и шероховатость обработанной поверхности, период стойкости инструмента и др.). 4. Разработаны рекомендации по выбору оптимальной конструкции и характеристики режущего слоя абразивно-алмазной развертки и параметров ААР при обработке точных отверстий в деталях машин из различных конструкционных материалов. Назначение режима и условий операции ААР на основе рекомендаций ДПР-Б-И0006 обеспечивает: качество механической обработки на операции окончательной обработки точных отверстий методом ААР; снижение времени на проектирование и оснащение технологических процессов ААР; снижение затрат на инструмент за счет его эффективной эксплуатации. 5. С целью обеспечения стабильного качества обработки и высокой стойкости режущего слоя инструмента разработаны конструкции алмазны:; разверток, защищенные авторскими свидетельствами (RU№2120369C1 и №11126). 6. Результаты исследования внедрены в ОАО «ГАЗ» с общим экономическим эффектом 3 млн. рублей. Положения, выносимые на защиту. Автор защищает: - методику исследования процесса ААР, основанную на необходимости изучения комплекса особых свойств, присущих данному процессу и соответствующему инструменту, а именно, свойств, обеспечивающих существенное увеличение высотности зерен и межзерновых пространств для размещения стружки по сравнению с рядом традиционных абразивных инструментов и свойств, обеспечивающих 207 большую жесткость формообразующего контура развертки по сравнению с хоном; - результаты теоретических и экспериментальных исследований, подтверждающих эффективность ААР, обусловленную спецификой инструмента - абразивно-алмазной развертки, позволяющей проводить технологическую операцию за 1...2 прохода в режиме, свойственном производственному процессу чистового лезвийного развертывания; - применимость нового методологического приема изучения стружкообразования при ААР, в основе которого заложено рассмотрение процессов стружко- и формообразования, как процессов, подчиняющихся закономерностям функционирования самоорганизующихся систем; - исходящие из теоретического анализа целенаправленные модернизации конструкций инструментов для ААР, два из которых защищены авторскими свидетельствами; - результаты исследований и испытаний ААР в условиях ОАО «ГАЗ», подтверждающие эффективность ААР, выраженную количественно в уменьшении погрешностей диаметра обработанных отверстий и погрешностей их формы от 5...10 до 2...3 мкм и в увеличении производительности обработки до 10 раз. Основные научные результаты работы 1. В сопоставлении процессов аналогичного предназначения -ААР и хонингования установлены ведущие причины преимуществ ААР, основными из которых являются радиальная жесткость формообразующего контура развертки и повышенная вместимость межзерновых стружечных пространств режущего слоя инструмента. 2. Расчетами и результатами экспериментов определено, что прогрессивность схемы срезания припуска при ААР обусловлена обеспечением возможности существенного увеличения толщины срезаемого слоя, приходящейся на каждое зерно; эта возможность предопределена существенно большей высотностью зерен по сравнению с таковой для хонинговальных брусков и большим межзерновым пространством для размещения стружки. 208 3. Предложена и использована для углубления дальнейшего теоретического и экспериментального исследования версия для объяснения процесса формообразования при ААР через увеличение фактического переднего угла при стружкообразовании и, как следствие, через уменьшение компонент силы стружкообразования.
