Технология и оборудование для отделочно-зачистной обработки в свободных абразивных средах, уплотненных центробежными силами

Актуальность работы. В современном машиностроении наблюдается четкая тенденция к повышению точности обработки и уменьшению шероховатости поверхности. Большое значение приобретает также внешнетоварная и декоративная отделка. В отечественной промышленности, как и в мировой, неуклонно растет объем применения точных заготовок и технологических процессов на основе минимальных припусков на обработку. Доля зачистных, шлифовальных, полировальных и других финишных методов обработки, в процессе выполнения которых окончательно формируются качественные характеристики поверхностного слоя деталей, которые в большинстве сл5Д1аев и обуславливают их эксплуатационные свойства, в настояш, ее время неуклонно растет.

Таким образом, в связи с повышенными эксплуатационными требованиями к выпускаемым машинам и механизмам особенно важными являются чистовые отделочные операции. Известно, что долговечность работы деталей определяется порой не только физико-механическими характеристиками материала, из которого они изготовлены, но свойствами и состоянием тончайшего поверхностного слоя. Изготовление деталей из одного и того же материала, но по различной технологии и на разных режимах приводит к резкому колебанию свойств поверхностного слоя. При этом долговечность деталей может различаться в десятки раз. Все это свидетельствует о большом значении отделочных методов обработки в технологическом процессе изготовления деталей.

Большинство отделочно-зачистных операций, которым подвергаются до 80 процентов деталей в машиностроении и приборостроении, тяжело поддаются механизации и автоматизации из-за разнообразия форм и размеров обрабатываемых изделий и относятся к числу малопроизводительных операций, в которых значительная доля обш-ей трудоемкости приходится на ручную обработку. Так, например, трудоемкость отделочно-зачистных операций при обработке деталей, получаемых холодной листовой штамповкой составляет 75 — 80 процентов от общей трудоемкости [1], то есть отделочно-зачистные операции имеют в данном случае в 4 — 4,5 раза большую трудоемкость, чем сам процесс вырубки деталей, особенно при использовании штампов-автоматов. Поэтому повышение производительности труда путем механизации и автоматизации трудоемких ручных операций является одной из важнейших задач развития технического прогресса. Особое внимание при этом необходимо уделить разработке и внедрению оборудования для принципиально новых технологических процессов, что ставит перед машиностроением задачу создания рациональных и экономичных конструкций машин, находящихся на уровне лучших зарубежных образцов аналогичного назначения.

Особенно актуальны вопросы совершенствования отделочно-зачистной обработки при изготовлении деталей, наружная поверхность которых представляет собой сложнопрофильное тело вращения, так как, несмотря на разнообразие способов обработки, изготовление таких деталей с низкой шероховатостью поверхности связано с большими технологическими трудностями и материальными затратами.

Все вышесказанное свидетельствует о необходимости проведения научно-исследовательских и конструкторско-технологических разработок, направленных на создание новых высокоэффективных технологических процессов отделочно-зачистной обработки, пригодных для массового и серийного производства изделий широкой номенклатуры,.

В настоящее время на основе комплекса экспериментальных и теоретических исследований разработаны принципиально новые производительные способы отделочно-зачистной обработки. В ряду которых важное место занимают способы центробежной отделочно-зачистной обработки деталей уплотненным потоком свободного абразива.

Центробежная обработка является одним из наиболее производительных и перспективных методов отделочно-зачистной обработки. Технологические возможности центробежной обработки в свободных абразивных средах, уплотненных центробежными силами, охватывают широкий диапазон операций от черновых до чистового полирования и глянцевания. Оптимизация технологических режимов и совершенствование оборудования для центробежной обработки позволят значительно расширить технологические возможности отделочно-зачистной обработки.

Благодаря технико-экономическим преимуш-ествам способ обработки деталей уплотненным потоком свободного абразива должен занять важное место в ряду прогрессивных методов отделочно-зачистной обработки и заслуживает всемерного развития и дальнейшего совершенствования.

Цель работы" Целью работы является повышение эффективности и расширение технологических возможностей отделочно-зачистной обработки в свободных абразивных средах, уплотненных центробежными силами.

Общая методика исследований. Для решения поставленных задач использовались известные методы изучения динамики машин, взаимодействия деталей с обрабатывающей средой, основанные на фундаментальных положениях теории механизмов и машин, динамики сыпучих сред, технологии машиностроения. Исследования проводились на опытных образцах оборудования, специально разработанного для осуществления возможности изменения конструктивных параметров и динамических характеристик системы.

Математические модели разрабатывались с использованием современного математического аппарата и вычислительной техники. Ряд технологических экспериментов проведен на деталях реального производства.

В экспериментах использовались современные приборы и методы измерений: для оценки съема металла — аналитические весы второго класса точности ВЛР-200- для оценки шероховатости — двойной микроскоп МИС-11, для оценки микротвердости — микротвердомер ПМТ-3.

Научная новизна работы. Получены аналитические зависимости влияния геометрических и динамических параметров уплотненного 7 центробежными силами слоя свободного абразива на процесс обработки с учетом необходимости восстановления этого слоя после контакта с обрабатываемой поверхностью и математические модели зависимостей величины съема металла и шероховатости от технологических режимов обработки.

Практическая ценность работы. Спроектирована и изготовлена опытно-промышленная машина, реализующая способ отделочно-зачистной обработки в свободных абразивных средах, уплотненных центробежными силами. Разработанные рекомендации, касающиеся технологических параметров процесса положены в основу новых технологических процессов отделочно-зачистной обработки в свободных абразивных средах, уплотненных центробежными силами. Рекомендации, касающиеся конструктивных параметров, использованы при проектировании опытно-промышленной машины ОЦМ-280.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

1. Исследование влияния геометрических и динамических параметров уплотненного слоя свободного абразива на процесс обработки позволило выявить механизм формирования этого слоя и его восстановления после контакта с обрабатываемой поверхностью детали. Получены аналитические зависимости для определения минимальной угловой скорости вращения рабочей камеры, необходимой для формирования уплотненного слоя с заданными геометрическими параметрами и скорости его восстановления, что позволило дать теоретически обоснованные рекомендации по выбору конструктивных и технологических параметров центробежных машин.

2. Разработаны аналитические математические модели процессов съема металла и формирования микронеровностей обрабатываемой поверхности, которые позволили установить, что определяющими факторами, оказывающими влияние на интенсивность съема металла и шероховатость являются длительность обработки, линейная скорость перемещения уплотненного потока рабочей среды, угол атаки, зернистость абразива и физико-механические свойства обрабатываемого материала.

3. На основании микрофотографического анализа следов взаимодействия единичных абразивных выступов с обрабатываемой поверхностью детали установлено, что доминирующим механизмом съема металла при отделоч-но-зачистной обработке уплотненным потоком свободного абразива является микрорезание.

4. На основании экспериментальных исследований влияния конструктивных и технологических параметров центробежных машин на производительность процесса по съему металла шероховатость поверхности разработаны математические модели в виде уравнений регрессии, которые являются основой для выбора оптимальных значений этих параметров.

5. Установлено, что изменение в исследованном диапазоне режимов обработки, ведущее к возрастанию силы нормального давления уплотненного потока рабочей среды на обрабатываемую поверхность увеличивает интенсивность съема металла и шероховатость.

6. Оптимизация технологических режимов и разработка нового оборудования позволили значительно расширить технологические возможности центробежной отделочно-зачистной обработки. Данный способ был успешно применен не только для обработки наружных поверхностей тел вращения, но также для снижения шероховатости сложных криволинейных поверхностей при соблюдении высокой точности в изготовлении, снятия заусенцев с локальных поверхностей деталей, округления острых кромок, увеличения степени наклепа поверхностного слоя деталей до 15% на глубину 30−40 мкм.

7. Спроектирована и изготовлена опытно-промышленная машина модели ОЦМ-280, реализующая процесс отделочно-зачистной обработки в свободных абразивных средах уплотненных центробежными силами.

8. На базе ЗАО «СО АТЭ» и ОАО «ОЗММ» произведена обработка пробных партий деталей с использованием разработанных технологии и оборудования.