Авореферат магистерской диссертации

Тема: "Обеспечение эксплуатационных характеристик керамических вставок сопел при алмазном шлифовании"

Разработал магистрант кафедры "Металлорежущие станки и инструмент" Лукашевич Е. А.
Научный руководитель: к. т. н., Гусев В.В.

    1. Вводная часть
  1.1. Актуальность работы
  1.2. Обзор существующих материалов
  1.3. Перечень решаемых в работе задач
    2.Основная часть
  2.1. Общие положения
  2.2. Проектирование станочной системы
  2.3. Конструирование и проверка работоспособности шпинделя станка.
    3.Заключение
  3.1. Обзор основных результатов
  3.2. Перспективы дальнейших исследований
  3.3. Литература

1.Вводная часть

1.1.Актуальность работы

Актуальностью моей работы является возможность обеспечения более длительной работы сопла гидросбива окалины за счет внесения изменений в технологию изготовления и сборки этого приспособления, правильного подбора материалов для его производства и надлежащих условий эксплуатации.

1.2.Обзор существующих материалов

Разработки в этой области ведуться совсем не продолжительное вемя по заказу предприятия промышленности на котором используется данное приспособление, а следовательно единственными ранее проводимыми исследованиями являються эксперименты моего научного руководителя Гусева В. В. описанные в работе "Обеспечение эксплуатационных характеристик поверхностного слоя конструкционной керамики."

1.3.Перечень решаемых в работе задач

1. Разработка технологического процесса обработки детали.

2. Описание технологических переходов, используемых на проектируемой станочной системе.

3. Обоснование построения структурной схемы станочной системы.

4. Описание конструкции и работы станочной системы.

5. Описание конструкции и принципа работы шпиндельного узла.

6. Оптимизация параметров шпиндельного узла.

7. Динамический расчет шпинделя.

8. Совместный расчет шпиндельного узла и узла суппорта.

9. Проектирование привода автоматической подачи суппорта.

Научной новизной моей работы является применение программного обеспечения для выбора оптимальных режимов обработки, материала и условий работы приспособления.

2.Основная часть

2.1.Общие положения

В результате постоянной и непрерывной работы цельнометаллический корпус гидросбива окалины сильно изнашивается, что приводит к необходимости его частой замены и периодическим прерываниям технологического процесса. Для решения этой проблемы было предложено изменить конструкцию детали – внутрь металлического корпуса вмонтировать керамическую вставку для улучшения механических свойств и увеличения сопротивления износу во время непрерывной работы.

Изначально конструкция предусматривала два способа замены керамических вставок: при первом способе керамическая вставка вклеивалась в расточенное отверстие, а при втором – в профрезерованный паз. Второй способ невозможно реализовать в реальном производстве из-за необходимости создания специального инструмента, что повлечет за собой изменение конструкции детали и неоправданные расходы. В первом же из описанных способов не возникает необходимости в использовании специального инструмента, появляется возможность использования старого корпуса с новой керамической вставкой путем простой ее замены, что обеспечивается способом крепления вставки в корпусе – клейкой.

Рисунок 1. - Процесс разрушения керамической вставки сопла гидросбива окалины.

Разрабатывается технологический процесс, предназначенный для реализации в неавтоматизированном производстве. Разработка технологического процесса ведется с ориентацией на универсальное оборудование и одноинструментальную обработку.

000 Заготовительная (поковка)

005 Токарно-винторезная (черновая). Станок 16К20

А. Установить и снять заготовку

1. Подрезать торец Ø 20d11 предварительно

2. Точить поверхность Ø28 предварительно на длину до кулачков

3. Точить поверхность Ø20d11 предварительно на длину 12 мм

Б. Переустановить деталь

4. Подрезать торец Ø18,4 предварительно

5. Точить поверхность Ø18,4 предварительно на длину 4,2

010 Вертикально-сверлильная. Станок 2Р125

А. Установить и снять заготовку

1. Сверлить отверстие Ø12 мм

2. Зенкеровать отверстие под вставку

015 Токарно-винторезная (чистовая). Станок 16К20

А. Установить и снять заготовку

1. Подрезать торец Ø20d11 окончательно

2. Точить поверхность Ø28 окончательно

3. Точить поверхность Ø20d11 окончательно на длину 12 мм

4. Точить канавку Ø19,5 шириной 3 мм

5. Точить фаску на поверхности Ø28, выдержав размер 1 45

Б. Переустановить деталь

6. Подрезать торец с припуском под шлифование

7. Точить коническую поверхность, выдержав размеры: Ø18,4; Ø16,1; 4,2.

8. Точить канавку Ø17

9. Точить отверстие под вставку окончательно

020 Вертикально-фрезерная. Станок 6Р13

А. Установить и снять заготовку

1. Фрезеровать канавку, выдержав размеры 4,55; 2,4; R1,7; 60 с припуском под шлифование

025 Термообработка

HRC 52 2.0

030 Внутришлифовальная. Станок 3К227Б

А. Установить и снять заготовку

1. Шлифовать торец Ø18,4, выдержав размер 22 мм

035 Клейка

040 Плоскошлифовальная. Станок 3В642

А. Установить и снять заготовку

1. Шлифовать торец Ø20d11

2. Шлифовать канавку 4,65; 2,4; R1,7

3. Шлифовать канавку. Выдержав размеры 4,65; 2,4; R1,7; 60

При шлифовании металлокерамики, как и при обработке других хрупких неметаллических материалов, возникают хрупкие деформации.

Вследствие этого происходит образование большого числа микротрещин. Они являются концентраторами напряжений, образуют на поверхности готовой детали дефектный слой, который значительно понижает качество изготовленного изделия.

Уменьшение дефектного слоя возможно за счет уменьшения глубины резания t и снижения подачи шлифования S. Но необходимые режимы отрицательно сказываются на производительности, а также на габаритах и весе используемого оборудования.

Кроме этого, для изготавливаемого изделия необходимо обеспечить плоскостность обрабатываемой поверхности.

Исходя из перечисленных выше условий, оптимальную схему резания можно реализовать на плоскошлифовальной операции. При этом режимы резания: V=30 м/с; S =0,2м/мин;

Так же большую роль в процессе шлифования играет зернистость круга – с уменьшением зернистости уменьшается и количество дефектов в поверхностном слое детали рослее обработки.

Операция шлифования, как видно из приведенного выше технологического процесса обработки, осуществляется в 3 перехода.

На первом переходе ведется обработка поверхности 1 (см. рис. 2) для подготовки детали к дальнейшей обработке.

На втором переходе производится обработка канавки при помощи алмазного шлифовального круга с полукругло-выпуклым профилем (поверхность 2 рис. 2).

На третьем переходе окончательно формируется профиль канавки с помощью плоского алмазного шлифовального круга с двусторонним коническим профилем (поверхность 3 рис. 2).

Рисунок 2. - Обрабатываемые поверхности на детали.

2.2 Проектирование станочной системы

В условиях опытного серийного производства, при необходимости высокой производительности возможно использование шлифовального станка модели 3В642.

Станок настроен таким образом, что вспомогательное время полностью перекрывается основным, что позволяет максимально повысить производительность системы.

Кроме повышения производительности, целью разработки является проектирование приспособлений для автоматической загрузки заготовок на станок, их закрепления и выгрузки.

Зажимное приспособление должно обеспечивать жесткость детали при обработке и точность её позиционирования.

Станочная система состоит из двух плоскошлифовальных станков модели 3В642, двух загрузочных устройств, подающих детали к каждому из станков, зажимных приспособлений – для фиксации деталей во время обработки и двух выталкивателей – для удаления обработанной детали из зажимного приспособления. Данная конструкция станочной системы позволяет достичь необходимого уровня автоматизации на данной стадии обработки и максимально сократить время на обслуживание.

Принцип работы станочной системы состоит в следующем: деталь из загрузочного устройства при помощи шиберного загрузочного устройства подается в зажимное приспособление, где фиксируется, и производиться ее обработка. Затем при помощи выталкивателя деталь извлекается из зажимного приспособления и попадает во второе загрузочное устройство, из которого так же при помощи манипулятора перемещается в зажимное приспособление, обрабатывается и при помощи выталкивателя извлекается в латок для готовой продукции.

2.3. Конструирование и проверка работоспособности шпинделя станка.

Шлифовальная головка, установленная на колонне механизма подъема, состоит из корпуса, в котором на двух парах радиально-упорных подшипников вращается шпиндель. Подшипники посажены в стаканы, соединенные планкой, которая располагается внизу между ветвями приводного ремня. Шпиндель выполнен двусторонним с двумя конусными гнездами для установки сменных оправок со шлифовальными кругами. Оправки затягиваются в гнездо шпинделя и выталкиваются из него гайкой. Для предотвращения сворачивания при реверсе гайка фиксируется винтом. Во время затягивания гайки шпиндель удерживается от поворота фиксатором. Натяг подшипников осуществляется пружинами.

Корпус по всей длине имеет односторонний разрез, осуществляющий разжим, благодаря которому шпиндель со стаканами может быть легко вынут из корпуса. Это необходимо при смене ремня.

Корпус может поворачиваться (вместе с колонной) вокруг вертикальной оси при помощи рукоятки. Фиксация после поворота производится гайкой.

При помощи ЭВМ был проведен расчет оптимальных параметров шпиндельного узла. Исходными величинами при расчете являлись диаметры вала шпинделя, податливости узла и физические свойства материала вала шпинделя.

В результате расчета были получены следующие данные:
- расчетное межопорное расстояние из условия минимальной податливости l мм;
- оптимальное межопорное расстояние l мм;
- жесткость шпиндельного узла С Н/мм.

Но в связи с необходимостью оптимизации габаритных размеров принимаем прежние параметры шпиндельного узла как расчетные.

Динамический расчет шпинделя произведем на ЭВМ. Его результатом является получение графиков электрофизических характеристик.

От силы резания:

Амплитудочастотная характеристика. Фазочастотная характеристика.

Амплитудофазочастотная характеристика.

От привода:

Амплитудочастотная характеристика. Фазочастотная характеристика.

Амплитудофазочастотная характеристика

Из графиков можно судить о том, что при работе шпинделя возникают две резонансные частоты: , , (что соответствует частотам вращения шпинделя n= 1576 об/мин и n = 4180 об/мин, а так же частоте f = 0.006 Гц и f = 0,0023 Гц)работа на которых может привести к увеличению погрешностей обработки, а при длительной работе даже к разрушению отдельных частей шпиндельного узла. Резонансные частоты, полученные при помощи расчета не соответствуют частоте, на которой будет производиться обработка (n = 1350 об/мин), а значит, нет необходимости изменять режимы резания.

В резултате совместного расчета шпиндельного узла и узла суппорта на ЭВМ были получены следующие графики электрофизических характеристик:

ВЧХ МЧХ

АЧХ ФЧХ

АФЧХ

3.Заключение.

3.1. Обзор основных результатов.

В рамках первоначальных исследований для написания магистерской работы был проведен детальный анализ шпиндельного узла плоскошлифовального станка модели 3В642, определены критические частоты вращения, работа на которых может привести к увеличению погрешностей обработки. Проведен совместный анализ шпиндельного узла станка и суппорта. В результате которого так же определены критические частоты вращения, работа на которых может привести к увеличению погрешностей обработки.

Был разработан привод подач для обеспечения возможности обработки деталей в условиях автоматизированного производства.

Разработана станочная система, позволяющая повысить производительность и осуществление технологического процесса обработки без участия человека.

3.2. Перспективы дальнейших исследований.

Перспективой дальнейших исследований является возможность обеспечения более длительной работы сопла гидросбива окалины за счет внесения изменений в технологию изготовления и сборки этого приспособления, правильного подбора материалов для его производства и надлежащих условий эксплуатации. Все необходимые расчеты производятся при помощи ЭВМ.

3.3. Литература.

1. Статья: Гусев В. В. "Обеспечение качества поверхностного слоя конструкционной керамики."

2. Кован В. М., Корсаков В. С., Косилова А. Г. и др. Основы технологии машиностроения. - М. : Машиностроение, 1985. - 492 с.

3. Металлорежущие станки. Учебник для машиностроительных вузов (Под редакцией В. З. Пуша. -М. : Машиностроение, 1989. - 272 с.

4. Промышленные роботы в машиностроении. Альбом схем и чертежей. Под редакцией Ю. М. Соломенцева. -М. : Машиностроение, 1987. - 141 с.

5. Роботизированные технологические комплексы и гибкие производственные системы в машиностроении. Альбом схем и чертежей. Ю. М. Соломенцева. М. : Машиностроение, 1989. - 192 с .

6. Транспортно-накопительные системы ГПС (Под ред. Б. И. Черпакова). -М. : Высшая школа, 1989. - 112 с.

Ссылки по теме Электронная библиотека Ссылки по теме Отчет

Главная страница ДонНТУ Страница магистров ДонНТУ

К началу