Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 10
1.1. Сущность и технологические возможности центробежно-ротационной обработки 10
1.2 Надежность технологического процесса 21
1.3. Обзор работ в области отделочно-упрочняющей ЦРО 27
1.4. Обзор работ в области надежности технологических процессов 37
1.5. Цели и задачи исследований 43
Глава 2. Изучение надежности технологического процесса ОУ ЦРО в среде стальных шаров в теории 45
2.1. Технологический процесс как многомерный управляемый объект 45
2.1.1. Определение технологического процесса, как объекта управления 45
2.1.2. Особенности технологических процессов в промышленном производстве 47
2.2 Теоретические предпосылки для определения производительности и качества обработки 52
2.3. Формирование профиля установившейся шероховатости 54
2.4. Определение параметров упрочнения поверхности 56
обрабатываемых деталей 56
2.5. Влияние параметров поступающей на обработку заготовки, на надежность техпроцесса ЦРО 60
2.6. Влияние шероховатости заготовки на надежность технологического процесса ЦРО 61
2.7. Влияние свойств рабочей среды на надежность техпроцесса ЦРО 62
2.8. Влияние технологического оборудования на надежность технологического процесса ЦРО 63
2.9. Влияние человеческого фактора на надежность технологического процесса ЦРО 64 2.10. Параметры надежности технологического процесса ЦРО 65
Глава 3. Методика проведения экспериментальных исследований 68
3.1. Средства технологического оснащения 68
3.2. Аппаратура и оснащение экспериментальных исследований 71
3.3. Образцы для проведения экспериментальных исследований 74
3.4. Подготовка рабочей среды 76
3.5. Методика измерения микротвердости поверхностного слоя 76
3.6. Методика измерения геометрических параметров шероховатости поверхности 77
Глава 4. Экспериментальные исследования влияния технологических параметров на надежность технологических процессов центробежно ротационной обработки в среде стальных шаров 78
4.1. Исследование степени упрочнения поверхности детали 78
4.2 Исследование микротвердости поверхностного слоя. Определение глубины упрочненного слоя обработанных деталей 80
4.3. Влияние скорости подачи ТЖ на качество обрабатываемой поверхности 85
4.4. Расчет параметров надежности ТП в зависимости от частоты вращения ротора и величины диаметра шара 86
4.4.1. Исследование разброса значений шероховатости поверхности, глубины упрочненного слоя и степени упрочнения при условии колебания заданной частоты вращения в пределах 5-15% на образцах из
стали 45 и Д16Т 86
Глава 5. Методические рекомендации по проектированию технологических процессов центробежно-ротационной обработки в среде стальных шаров с учетом обеспечения их надежности 123
Заключение 128
Библиографический список
- Надежность технологического процесса
- Определение технологического процесса, как объекта управления
- Образцы для проведения экспериментальных исследований
- Расчет параметров надежности ТП в зависимости от частоты вращения ротора и величины диаметра шара
Введение к работе
Актуальность исследования
Одной из важнейших задач машиностроения в современном, динамически развивающемся мире, является повышение эффективности изделий, их долговечности и конкурентоспособности на мировом рынке. Использование методов упрочнения поверхностным пластическим деформированием (ППД) позволяет эффективно решать поставленную задачу. Отделочно-упрочняющая центробежно-ротационная обработка (ОУ ЦРО) в среде стальных шаров является одним из наиболее эффективных методов обработки поверхностным пластическим деформированием. Этот процесс представляет собой сложную систему, где вопросы надежности приобретают большое значение. Особую ценность имеют решения проблем обеспечения надежности в промышленном производстве, где задача достижения требуемого качества изделий и производительности производственного процесса сопряжена с ограниченностью ресурсов и необходимостью минимизации их затрат.
Быстрорастущие требования к точности размеров и геометрической форме деталей, а так же к качеству их поверхности характеризуют технический прогресс. Анализ применяемых в машиностроении технологических процессов показывает, что они подчиняются закономерностям, раскрытие которых необходимо для прогнозирования и эффективного управления этими процессами. Статистические оценки качества изготавливаемых изделий и математическое описание технологических процессов являются наиболее часто используемыми методами анализа в настоящее время.
Технологический процесс - это сложная динамическая система, которая должна обладать высокой надежностью.
Надежность технологического процесса (ТП) – это свойство ТП
обеспечивать требуемые точность и качество детали, получаемые
обработкой заготовки на одном или на нескольких этапах при условии
сохранения на них промежуточных технологических параметров точности
и качества в установленных пределах.
Исследования надежности технологических процессов регламентируются
ГОСТ 27.202-83, согласно которому при контроле ТП по количественному
признаку определяют значения показателей точности. Основные
показатели точности ТП представлены ниже:
1. Коэффициент точности (по контролируемому параметру)
2. Коэффициент мгновенного рассеивания (по контролируемому
параметру)
3. Коэффициент смещения (контролируемого параметра)
4. Коэффициент запаса точности (по контролируемому параметру)
В данном диссертационном исследовании рассмотрена специфика технологического процесса центробежно-ротационной обработки в среде стальных шаров, представлены основы моделирования технологического процесса и методика аналитического прогнозирования параметров его надежности, а также представлена методика проектирования технологических процессов с учетом надежности.
Перед проведением исследований выполнен обзор работ ОУ ЦРО и динамических методов обработки ППД, надежности технологических процессов и оборудования. Рассмотрены работы Бабичева А.П, Тамаркина М.А, Рыжкина А.А, Трилисского В.О, Андросова А.А, Григорьяна Г.Т, Дубровского П.В, Тищенко Э.Э, Королькова Ю.В и др.
Анализ работ вышеуказанных авторов показал, что результаты, полученные исследователями недостаточно полно описывают процесс ЦРО в среде стальных шаров и не дают оценку надежности технологического процесса при обработке ППД, нет примеров расчета надежности ТП и влияния формирующихся отказов.
Целью работы является повышение эффективности и надежности технологических процессов отделочно-упрочняющей центробежно-ротационной обработки с учетом исследования формирования показателей точности на основании разработки комплекса адекватных теоретических моделей процесса обработки.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработка теоретических моделей формирования степени упрочнения и глубины упрочненного слоя.
-
Оценка влияния отдельных параметров процесса и условий обработки на надежность технологического процесса ЦРО в среде стальных шаров.
-
Теоретические исследования показателей, влияющих на количественную оценку надежности ТП ЦРО в среде стальных шаров.
-
Разработка методики аналитического прогнозирования общей надежности технологических процессов отделочно-упрочняющей центробежно-ротационной обработки в среде стальных шаров.
Объектом исследования выступает технологический процесс ЦРО в среде стальных шаров.
Предметом исследования является процесс формирования надежности ТП ОУ ЦРО, обеспечивающийся рациональным сочетанием технологических режимов и характеристик рабочей среды.
Методологической базой исследований является определение технологических закономерностей ЦРО, на базе которых формируются основные показатели надежности технологического процесса (коэффициенты точности, смещения, мгновенного рассеивания, запаса точности)
Теоретической базой исследований являются теоретические основы технологии машиностроения, теории надежности, теории обработки деталей поверхностно-пластическим деформированием.
Эмпирическая база исследований – использование современных методов исследований процессов обработки ППД, упрочнения поверхностного слоя, качества обработанной поверхности.
Научные результаты, выносимые на защиту:
закономерности влияния технологических параметров обработки на качество поверхностного слоя детали,
основные закономерности влияния режимов обработки и характеристик рабочих сред на количественную оценку надежности технологического процесса,
зависимости влияния величины допуска параметров качества поверхностного слоя обрабатываемой детали на надежность технологического процесса при изменении режимов обработки, характеристик рабочих сред и объема подаваемой технологической жидкости.
Научная новизна результатов исследований
Получены зависимости влияния режимов обработки и характеристик рабочих сред на параметры качества поверхностного слоя. Так же получены зависимости влияния режимов обработки и величины допуска параметров качества обработанной поверхности на надежность техпроцесса ЦРО в среде стальных шаров. Определены и исследованы параметры, оказывающие влияние на количественную и качественную оценку надежности процессов ЦРО в среде стальных шаров. Разработана модель процесса ЦРО в среде стальных шаров, отличающаяся учетом основных положений теории надежности технологического процесса, определены входные и выходные параметры, а так же параметры, характеризующие условия реализации обработки. Определено влияние объема подаваемой технологической жидкости. Сформулированы технологические закономерности аналитического прогнозирования и обеспечения параметров качества поверхностного слоя детали при ЦРО в среде стальных шаров с учетом надежности технологического процесса.
Теоретическая значимость работы заключается в создании комплекса теоретических моделей формирования показателей надежности технологического процесса центробежно-ротационной обработки в среде стальных шаров, для обеспечения достижения заданной величины и стабильности параметров качества обрабатываемых деталей.
Практическая значимость работы. Получены зависимости для аналитического прогнозирования параметров качества поверхностного слоя деталей. Получены зависимости показателей надежности технологического процесса ОУ ЦРО. Разработана методика проектирования технологических процессов ЦРО в среде стальных шаров с учетом их надежности.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности Диссертационная работа представляет собой новое решение актуальной научно-технической задачи повышения надежности технологических
процессов обработки в среде стальных шаров. Содержание исследований соответствует специальности 05.02.08 «Технология машиностроения». Область исследования: №2 (технологические процессы операции, установы, позиции, технологические переходы и рабочие хода, обеспечивающие повышение качества изделий) и №5 (методы проектирования и оптимизации технологических процессов).
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и научных форумах:
-
Международный научный симпозиум технологов-машиностроителей и механиков – 2014 г. «Волновые и виброволновые технологии в машиностроении, металлообработке и технологии в машиностроении, металлообработке и других отраслях»: сб. тр. – Ростов н/Д, 2014
-
8-я Международная конференция «Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения»: сб. тр. - Ростов н/Д: «Интерагромаш – 2015», 2015
-
XII-я Международная научно-техническая конференция «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации»: сб. науч. тр. – Курск, 2015
-
V Всероссийская конференция с международным участием «Жизненный цикл конструкциионных материалов»: сб. науч. тр. - Иркутск, 2015
-
Юбилейная конференция студентов и молодых ученых, посвященная 85-летию ДГТУ: сб. науч. тр. – Ростов н/Д, 2015
-
IV Международная научно-техническая конференция « Теплофизические и технологические аспекты повышения эффективности машиностроительного производства»: сб. науч. тр. – Тольятти, 2015. На научно-технических конференциях ППС, студентов и сотрудников ДГТУ 2013-2015 гг.
Технологические рекомендации, разработанные на основании исследований, прошли промышленные испытания на заводе ЗАО «Донкузлитмаш» в г. Азов
Публикации. По материалам диссертации опубликовано одиннадцать печатных работ, в том числе в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ четыре публикации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и рекомендаций, списка использованной литературы из 87 наименований, приложения и изложена на 139 страницах, содержит 18 таблиц, 34 рисунка.
Надежность технологического процесса
В силу стабильности протекания процесса и относительной простоты реализации, наибольшее распространение получили такие статические способы ППД, как дорнование, выглаживание и обкатывание. При динамических способах обработки силы взаимодействия периодически изменяются во время обработки, а элементы, выполняющие поверхностную пластическую обработку, либо находятся, либо не находятся в постоянном контакте с обрабатываемой поверхностью и периодически воздействуют на нее с высокой частотой. При этом взаимодействие инструмента с заготовкой носит дискретный, ударный характер. К динамическим способам обработки, применяемым в зависимости от материала, формы, размеров детали, а также предъявляемых требований к качеству и геометрическим параметрам поверхности, производственных и иных условий относятся: дробеструйное упрочнение, дробеметная обработка, вибрационная отделочно-упрочняющая обработка, центробежно-ротационная обработка, виброконтактная, ультразвуковая обработка, гидрогалтовка и др.
Очень важно, что отделочно-упрочняющая обработка, основанная на пластическом деформировании тонкого поверхностного слоя, по сравнению с другими финишными методами обработки поверхности, имеет ряд преимуществ [10,25,39]: - волокна металла не перерезаются, а зерна измельчаются с образованием мелкозернистой структуры в тонких поверхностных слоях; - поверхность металла не подвергается шаржированию абразивными зернами (при обработке в среде абразива); - отсутствие прожогов и микротрещин от высокотемпературных воздействий; - обеспечение равномерных характеристик качества поверхности во всех направлениях; - формирование шероховатости обрабатываемой поверхности с минимальными высотными параметрами на деталях из различных материалов; - создается благоприятного для условий эксплуатации микрорельефа с большими значениями опорной площади на уровне близком к линии выступов; - возможность образования регулярных микрорельефов с маслоемкими карманами; - наводятся благоприятные сжимающие остаточные напряжения в тонких поверхностных слоях. Это происходит потому, что при обработке ППД находящиеся на поверхности слои металла увеличиваются в объеме, однако нижележащие слои (в силу сплошности материала) препятствуют этому. В результате в верхних слоях формируются остаточные напряжения сжатия, а в нижних – остаточные напряжения растяжения; - гарантировано увеличиваются значения микротвердости поверхностного слоя; - обычно оборудование для обработки ППД имеет простую конструкцию и не требует повышенных затрат энергии; - обработке динамическими методами ППД могут подвергаться детали сложной конфигурации, различных типоразмеров, изготовленные из разнообразных материалов. Формирование качества поверхностного слоя обрабатываемых деталей в значительной мере зависит от интенсивности упругопластических деформаций.[25,37,40,43,46,64]
Процесс упрочнения сопровождается следующими явлениями: - образуется специфический микрорельеф поверхностного слоя; - формируются благоприятные макронапряжения сжатия в поверхностном слое; - кристаллическая решетка материала в тонких поверхностных слоях подвергается упругопластическим искажениям, что приводит к образованию остаточных микронапряжений; - при циклических эксплуатационных нагрузках, деформирование поверхностного слоя металла повышает усталостную прочность и усталостную долговечность; - повышаются твердость и микротвердость поверхности, а также пределы текучести и прочности; - характеристики пластичности, такие как относительное удлинение и поперечное сужение, снижаются; - изменяющиеся ориентировка зерен, форма и размеры способствуют формированию текстурированного слоя; - в сталях, прошедших процедуру закаливания посредством термообработки, наблюдается снижение количества остаточного аустенита и происходит выделение мелкодисперсной карбидной фазы; - плотность дислокаций повышается. К распространенным методам отделочно-упрочняющей обработки относится центробежно-ротационная обработка в среде стальных шаров. Она занимает важное место среди известных методов обработки деталей ППД гибкой обрабатывающей средой.
ЦРО основана на формировании тороидально-винтового потока рабочей среды у цилиндрической поверхности неподвижной камеры при вращении ротора в виде тарели с коническим дном и может быть осуществлена различными способами. Если в рабочую камеру обрабатываемые детали загружаются в свободном состоянии, они увлекаются тороидально-винтовым потоком рабочей среды. Так обрабатываются детали сложной конфигурации и небольших размеров, которые обладают достаточной жёсткостью и не деформируются в рабочей камере. Если обрабатываемые детали предварительно помещаются на шпинделе приспособления, которое погружается в тороидально-винтовой поток рабочей среды и шпиндель получает дополнительное вращение, то возможна обработка средних и крупногабаритных деталей типа турбинных колес и зубчатых шестерен.
На сегодняшний день данная технология применяется предпочтительно при обработке деталей небольших размеров [31]. Рассмотрев схему центробежно-ротационного станка (рис 1.2) можно описать метод, который заключается в следующем: рабочая среда в виде стальных шаров 3 и деталей 4, подвергаемых обработке, загружается в рабочую камеру. Вся масса загрузки приобретает форму тора посредствам приведения ее во вращательное движение вокруг вертикальной оси [70,71,72].
Определение технологического процесса, как объекта управления
При обеспечении надежности технологических процессов ЦРО в среде стальных шаров, в качестве объекта управления выступает сам технологический процесс, в качестве управляющего устройства используется ряд управляющих решений со следующими управляемыми параметрами: 1. частота вращения днища 2. диаметр стальных шаров, 3. объем загрузки контейнера, 4. объем подаваемой ТЖ. При увеличении частоты вращения днища наблюдается значительное увеличение высотных параметров шероховатости поверхности и повышение степени упрочнения, а так же увеличение глубины упрочнения. При этом следует учитывать, что увеличение частоты вращения сопровождается повышением интенсивности обработки, но с другой стороны – нарушается устойчивость тороидально-винтового потока рабочей среды, а так же возникает опасность возникновения перенаклепа поверхности детали вследствие чего в материале возникают поры, субмикротрещины и другие дефекты, которые приводят к снижению конструкционной прочности детали и других ее эксплуатационных свойств.
Назначение частоты вращения следует производить учитывая требования к качеству поверхностного слоя обрабатываемых деталей. При наличии теоретических моделей ее величину можно рассчитать с той или иной степенью точности.
Влияние объема подаваемой технологической жидкости Vтж теоретически учесть сложно, поэтому зависимость влияния подаваемого количества ТЖ будет получена при экспериментальных исследованиях.
Из анализа работ в области ЦРО в среде стальных шаров можно утверждать следующее:
1. Износ рабочей среды влечет за собой ухудшение параметров качества поверхности обрабатываемой детали. Для устранения влияния износа шаров на результаты обработки необходима периодическая проверка их состояния, отбраковка изношенных и замена на новые.
2. Диаметр шара. При увеличении диаметра шара возрастает глубина упрочнения, но ухудшается показатель шероховатости поверхности, при этом уменьшение диаметра шара приводит к улучшению шероховатости поверхности, но ухудшает показатель глубины упрочнения. Диаметра шаров так же можно учесть при построении теоретических моделей.
3. Время обработки. Увеличение времени обработки до определенных пределов приводит к уменьшению шероховатости обрабатываемой поверхности и улучшению ее физико-механических свойств, однако затяжное время обработки деталей может привести к перенаклепу.
4. Объем загрузки рабочей камеры так же оказывает значительное влияние на результаты обработки, вследствие нарушения тороидально-винтового потока [23, 69]. При создании теоретических моделей необходимо учитывать влияние этих управляемых параметров. 2.3. Формирование профиля установившейся шероховатости Профиль шероховатости обрабатываемой поверхности образуется путем наложения и пересечения единичных следов взаимодействия частиц рабочей среды, совершающих соударения с поверхностью деталей в различных направлениях и под различными углами. [69]. В начале, формируются следы обработки, шероховатость поверхности которых зависит от величины исходной шероховатости. Так как при единичных соударениях контактирование происходит на уровне выступов профиля, то в процессе обработки будет происходить уменьшение высоты неровностей профиля при сохранении их шага.
Если процесс обработки заканчивается до формирования профиля установившейся шероховатости, то полученный микрорельеф будет характеризоваться значительным увеличением опорной поверхности на уровне 10-15% от линии выступов по сравнению с исходным. Дальнейшее продолжение обработки будет сопровождаться передеформированием выступов исходной шероховатости и образованием нового специфического для ЦРО в стальных шарах микрорельефа, характеризующегося однородностью свойств по всем направлениям. В процессе дальнейшей обработки такой рельеф будет воспроизводиться в течение определенного времени до момента появления перенаклёпа поверхностного слоя. При нормальном протекании процесса обработки параметры установившейся шероховатости будут зависеть от режимов обработки и характеристик частиц рабочей среды. Чтобы уменьшить высотные параметры шероховатости необходимо уменьшение частоты вращения днища, либо замена частиц рабочей среды.
Это те факторы, которые являются управляемыми. Теоретическая модель процесса формирования шероховатости обработанной поверхности при ЦРО в среде стальных шаров подробно разработана Тищенко Э.Э в работе [69]. При этом сделаны следующие основные допущения: шар, при ударе по обрабатываемой поверхности под некоторым углом оставляет эллиптическую вмятину определенных размеров. Обрабатывающая среда состоит из шаров одинакового диаметра, при моделировании их взаимодействия с поверхностью деталей учитывается только скольжение по ней, возможное перекатывание исключается.
При проектировании технологических процессов ОУ ЦРО в среде стальных шаров, желательно уметь прогнозировать ожидаемые значения параметров упрочнения. Степень и глубина наклепа поверхностного слоя определяет основные эксплуатационные свойства обработанных деталей, такие как усталостная долговечность, износостойкость, контактная жесткость и др. Теоретический расчет толщины упрочненного слоя и степени упрочнения с учетом режимов обработки, характеристик рабочих сред и механических свойств материала детали является весьма сложной задачей. Известные модели обработки, полученные разными авторами, носят, как правило, эмпирический характер, что было отмечено выше.
Для разработки теоретических моделей можно использовать результаты работ известных ученых в области ППД, таких как И.В. Кудрявцев, В.П., Пшебыльский, Е.Г. Коновалов, Д.Д. Папшев, М.С. Дрозд и др. [26-28,44, 51].
Вначале определим толщину упрочненного слоя. Известно, что при внедрении индентора в деформируемое полупространство образуется пластический отпечаток, причем вокруг него формируется пластически деформированная область некоторой глубины. Она ограничивается замкнутой поверхностью, на которой выполняется условие пластичности Генки-Мизеса.
Характеристики этой зона имеют существенное практическое значение, так как они соответственно определяют механическое состояние локального объема металла, подвергнутого упрочнению (микротвердость, деформацию и остаточные напряжения).
Образцы для проведения экспериментальных исследований
Измерения шероховатости поверхности осуществлялись при обработке плоских цилиндрических образцов из различных материалов с различной исходной шероховатостью [33, 61, 79].
Отделочно-упрочняющей обработке подвергались по 3 образца из каждой группы материалов при различных режимах обработки.
Через необходимое время обработка прерывалась (без выключения станка), образцы выгружались и подвергались промывке и сушке. Затем производилось несколько измерений параметров шероховатости их поверхности. После этого образцы возвращались на дальнейшую обработку и так продолжалось до формирования на их поверхности установившейся шероховатости.
Для обработки результатов экспериментов использовались статистические методы обработки результатов наблюдений. В качестве оценки математического ожидания случайной величины (исследуемого параметра) использовалось среднее арифметическое наблюдаемых значений. Затем оценивалась статистическая дисперсия случайной величины, на основании которой в предположении нормальности распределения результатов наблюдений строился доверительный интервал с доверительной вероятностью 95%. Глава 4. Экспериментальные исследования влияния технологических параметров на надежность технологических процессов центробежно-ротационной обработки в среде стальных шаров
Характер изменения степени упрочнения поверхности деталей зависит от физико-механических свойств их материалов, режимов ОУ ЦРО: частоты вращения днища, диаметра стальных шаров.
Для подтверждения адекватности полученных ранее теоретических моделей изменения степени упрочнения поверхности деталей были проведены комплексные экспериментальные исследования по обработке образцов с различными физико-механическими свойствами. Обработка производилась в стальных шарах диаметром 4, 6, 8 мм при частоте вращения днища 6, 7, 8, 9, 10, 11 и 12 Гц, и величине объема загрузки 2 дм3. где: Нм - микротвердость, измеренная на поверхности образца Нц(0) - микротвердость, измеренная в сердцевине образца. Общая продолжительность обработки определялась моментом возникновения перенаклепа поверхности обрабатываемых деталей.
На рисунках 4.1-4.2 представлены зависимости изменения степени упрочнения поверхности от твердости материала и частоты вращения днища. На графиках представлено сравнение результатов экспериментальных исследований и теоретических расчетов. Данные теоретических расчетов показаны сплошной линией, экспериментальных исследований.
Зависимость изменения степени упрочнения поверхности детали из различных материалов от твердости материала. Диаметры шаров 4 мм, =8Гц Рис. 4.2. Зависимость изменения степени упрочнения поверхности детали от частоты вращения ротора. Материал Сталь 45, диаметры шаров 4 мм
Упрочнение поверхностного слоя оказывает влияние на такие эксплуатационные материалсвойства детали как износ при трении, усталостная прочность, сопротивление контактным деформациям и т.п. Проведенны экспериментальные исследования влияния физико-механических параметров поверхностного слоя и режимов обработки на глубину упрочнения поверхности обрабатываемых деталей.
Глубина упрочненного слоя определялась по представленной ранее методике. По нижней границе, где микротвердость перестает изменяться, делается вывод о величине глубины упрочнения. На рис. 4.3-4.5 показаны результаты исследований глубины упрочнения поверхностного слоя от частоты вращения ротора и предела текучести материала. Рис. 4.3. Зависимость изменения глубины упрочненного слоя поверхности детали от предела текучести материала. Диаметры шаров 6 мм
Зависимость изменения глубины упрочненного слоя поверхности детали от частоты вращения ротора. Диаметры шаров 6 мм, материал сталь 45
Для наглядности приведем трехмерные графики зависимостей результатов обработки детали от технологических факторов: Рис. 4.6 Зависимость изменения глубины упрочненного слоя от частоты вращения ротора и диаметра шара
Зависимость изменения глубины упрочненного слоя от предела текучести материала и частоты вращения ротора Рис. 4.8 Зависимость изменения степени упрочнения от частоты вращения ротора и диаметра шара
Анализ результатов представленных выше исследований позволяет сделать следующие выводы:
На основании сравнения результатов экспериментальных исследований и теоретических расчетов можно утверждать об их хорошей сходимости. Величина расхождения между теоретическими и экспериментальными данными находятся в пределах 20%, результаты теоретических расчетов и экспериментальных исследований совпадают с доверительной вероятностью 95%, что позволяет утверждать о том, что ранее полученные теоретические зависимости являются адекватными. Результаты экспериментальных исследований подтверждают полученные при теоретических исследования данные о том, что степень упрочнения не зависит от диаметра стальных шаров.
Представленные зависимости в главе 2 могут быть рекомендованы к использованию при аналитическом прогнозировании технологических процессов. 4.3. Влияние скорости подачи ТЖ на качество обрабатываемой поверхности
Для проведения исследований производилась предварительная торировка производительности устройства подачи ТЖ в рабочую камеру станка. В нескольких положениях крана подачи ТЖ определялся объем подаваемой технологической жидкости за одну минуту работы насоса. При изменениях производительности устройства велись наблюдения за образованием тороидально-винтового потока и производились измерения шероховатости поверхности обрабатываемых образцов вплоть до формирования установившейся шероховатости. Устойчивый тороидально-винтовой поток наблюдался в интервале подачи жидкости от 0,5 до 3 литров в минуту. Наибольшая скорость тороидально-винтового движения наблюдалась при подаче ТЖ от 0,8 литров в минуту до 2 литров в минуту. Результаты измерений установившейся шероховатости поверхности образцов из материала Д16Т приведена в таблице 4.1 Таблица 4.1 Результаты измерений установившейся шероховатости поверхности образцов из материала Д16Т
Расчет параметров надежности ТП в зависимости от частоты вращения ротора и величины диаметра шара
ЦРО в среде стальных шаров может применяться для обработки деталей сложной формы, однако итоговое качество поверхности в этом случае может быть различным. Следовательно, форма заготовки также оказывает влияние на надежность технологического процесса ЦРО в среде стальных шаров. На надежность технологического процесса большое влияние оказывает также масса поступающей на обработку заготовки. Во время обработки, заготовка, при достаточно большой ее массе, будет мешать правильной циркуляции с общей массой загрузки. Для ослабления влияния массы заготовки необходимо осуществлять ее учет при выборе характеристик рабочей среды, типоразмера станка и режимов обработки.
После заготовительных операций и осуществления черновой обработки на поверхности заготовки образуется дефектный слой, а на ее кромках возможно наличие облоя и заусенцев значительной величины. Это также следует учитывать при проектировании технологического процесса.
Таким образом, игнорирование влияния технологической наследственности может привести к снижению надежности ТП, поэтому ее учет является одной из важнейших задач при проектировании ТП. Следует учитывать, что исходная шероховатость при обработке ЦРО в среде стальных шаров не должна выходить за заданные технологом пределы.
Влияние свойств рабочей среды на надежность техпроцесса ЦРО В машиностроительном производстве, одним из факторов, оказывающих значительное влияние на надежность технологического процесса, является износ рабочей среды. Это явление имеет место и при ЦРО в среде стальных шаров. Дефекты шаров, появляющиеся в результате их износа (отколы, нарушения геометрии, коррозия и т.п) приводят к ухудшению шероховатости обрабатываемой поверхности и могут способствовать неравномерности упрочнения поверхности детали. Для сохранения качества обработки во времени необходимо проводить контроль шаров визуальным осмотром периодически, не реже одного раза в месяц. При обнаружении на шарах коррозии, отколов или износа более 0,1% вся партия подлежит контролю. Дефектные шары подлежат замене.
Допускаются шары со следующими дефектами, возникающими при их изготовлении и термообработке на заводе изготовителе: - темные точки на поверхности с размерами по сечению 0,3х0,3мм и длиной равной длине окружности; - темные точки на поверхности размерами 1х1мм на глубину 0,3мм в количестве двух штук; - неправильная форма шаров без острых углов с размерами по диаметру не менее 4мм.
Наличие такого типа шаров не должно превышать 1%. Новая партия шаров подлежит 100% визуальному контролю при входном контроле. Количество шаров необходимо контролировать перед каждой загрузкой. Шары необходимо хранить смазанными в специальной таре, обеспечивающей их предохранение от коррозии, загрязнений, забоин и рисок. При исследовании надежности ТП учитываются только шары, прошедшие соответствующий контроль и отбраковку.
Производительность и качество обработки в значительной степени зависят от правильного выбора оборудования, формы и размеров контейнера, угла наклона днища, материала облицовки и т.п.
Следует учитывать, что все узлы и агрегаты станков для ЦРО обладают определенным ресурсом работы, и хотя они отличаются простотой конструкции, но могут иметь быстроизнашивающиеся узлы и детали. При исследовании надежности ТП использовалась стандартная форма рабочей камеры, облицованной полиуретаном, с углом наклона днища 12 градусов.
Как уже было отмечено для повышения надежности технологических процессов ЦРО следует всемерно использовать средства механизации и автоматизации технологического оборудования. Надежность технологического процесса зависит от правильности решений, принимаемых специалистами на стадии технологического проектирования, на которой закладывается проектная надежность, а также от правильных действий контролеров выпускаемой продукции. При анализе обеспечения надежности технологических процессов ЦРО в среде стальных шаров необходимо уделять наибольшее внимание следующим составляющим человеческого фактора: - выбор производственного оборудования, расчет режимов обработки и характеристик рабочей среды, определение количества ступеней обработки, вида ТЖ; - действия оператора, при осуществлении технологического процесса; действия контролера при осуществлении приемки продукции.
Анализируя влияние различных составляющих человеческого фактора можно сделать вывод, что обеспечение надежности технологического процесса в наибольшей мере зависит от правильности решений принимаемых при технологическом проектировании. Для того чтобы уменьшить риск принятия технологом некорректного решения снижающего надежность технологического процесса следует иметь четкую информацию о влиянии различных технологических факторов процесса обработки на его надежность. Для получения такой информации необходимо провести комплекс теоретических и экспериментальных исследований процесса обработки, создать адекватные модели, позволяющие учитывать степень влияния таких факторов на производительность и качество обработки Влияние некоторых других факторов можно уменьшить путем механизации и автоматизации используемого оборудования и средств контроля.
Исследования надежности технологических процессов регламентируются ГОСТ 27.202-83 [87], согласно которому при контроле ТП по количественному признаку определяют значения показателей точности. Для анализа надежности технологических процессов, согласно ГОСТ 27.202-83, использованы коэффициенты для описания надежности технологических процессов мех. обработки деталей. Основные показатели точности ТП представлены ниже:
Эксперименты по изучению отделочно-упрочняющей ЦРО в среде стальных шаров проводились на лабораторно-промышленном оборудовании - станке ЦРС-7, состоящем из цилиндрического контейнера, вращающегося дна, гидравлической помпы и бака отстойника, обеспечивающих подачу и очистку технологической жидкости и гидростанции, позволяющей осуществлять бесступенчатое изменение частоты вращения днища. Станок обеспечивает регулирование технологических режимов в широких пределах, простоту эксплуатации, легкую замену рабочих сред. (рис. 3.1; 3.2)
Рабочий контейнер образован неподвижной цилиндрической камерой 1 и вращающимся днищем 2, выполненным в форме тарели (усечённого конуса), образующая которого составляет 12 с основанием конуса. Днище неподвижно соединено с валом привода. Вращение вала, расположенного в подшипниковых опорах, получает привод от гидростанции, которая содержит резервуар с маслом, шиберный насос 4, электродвигатель 5, реверсируемых гидродвигатель 6, золотниковое устройство 7 с двумя магнитами 8 и 9, нагрузочный регулируемый дроссель 10, клапан давления 11, манометр 12, переключатель 13.
Такой гидравлический привод вращения вала обеспечивает плавное регулирование скорости вращения дна, а также его реверс. Контейнер установлен на 2-х шарнирных опорах 14 на раме 15, что обеспечивает его поворот для выгрузки и загрузки стальных шаров и обрабатываемых деталей. Станок снабжен баком-отстойником 16 и гидравлической помпой ПА-22 – 17, обеспечивающей регулирование объема подаваемой технологической жидкости и трубопроводом 18. Промывка массы загрузки осуществляется 0,2%-ым раствором кальцинированной соды.