Русский Francais Украинский ДонНТУ Портал магистров ДонНТУ
Магистр ДонНТУ Сергеєчева Олена Сергіївна Сергеєчева Олена Сергіївна

Факультет: Механічний

Спеціальність: Металорізальні верстати та інструменти

АВТОРЕФЕРАТ

Тема магістерської роботи: Обґрунтування технологічного способу доводочних операцій при обробці плоских деталей з крихких неметалічних матеріалів.

Керівник: Калафатова Л.П.

Автобіографія Бібліотека Звіт про пошук Посилання Індівідуальне завдання
Зміст
1. ВСТУПНА ЧАСТИНА
  АКТУАЛЬНІСТЬ
  ЦІЛЬ І ЗАДАЧИ РОБОТИ
  ПРАКТИЧНА ЦІННІСТЬ
  ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
2. ОСНОВНА ЧАСТИНА
  ТЕОРЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ
  ВЛАСНІ РОЗРОБКИ
3. ЗАКЛЮЧНА ЧАСТИНА
  ВИСНОВКИ
  ЛІТЕРАТУРА

1. ВСТУПНА ЧАСТИНА

  АКТУАЛЬНОСТЬ. Машинобудування є провідною галуззю промисловості й значною мірою визначає масштаби й темпи науково-технічного прогресу. До числа найважливіших завдань належить зниження трудомісткості й собівартості виготовлення машин за рахунок механізації й автоматизації виробництва, а також підвищення якості машин, що випускаються.
В сучасних умовах, коли до машин, механізмів і приладів, що випускаються, пред'являються високі експлуатаційні вимоги, різко зростає роль технології обробки деталей. Відомо, що експлуатаційні властивості деталей залежать не тільки від фізико-механічних характеристик матеріалу, з якого вони виготовлені, але й від стану поверхневого шару. При цьому встановлено, що виготовлення деталей з того самого матеріалу, але за різною технологією та з різними режимами обробки приводить до різкого коливання властивостей їх поверхневого шару. Довговічність таких деталей може відрізнятися в десятки разів.
  Якість поверхонь деталей формується в процесі виконання комплексу технологічних операцій із урахуванням прояву технологічної спадковості. Однак особливо важливими є фінішні операції, в процесі яких остаточно формуються якісні характеристики поверхневого шару виробів.
  Забезпечення високої якості поверхні в точних керамічних деталях – складне технічне завдання. Поряд з низькою шорсткістю, обмеженої частками мікрометрів, специфічною вимогою є відсутність дефектів поверхні у вигляді сколов, мікротріщин, мікровиколов. У зв'язку з цим зростає роль фінішної операції – алмазного доведення. Можливості інтенсифікації малопродуктивного процесу доведення пов'язані із застосуванням металевих притирів, що працюють із підвищеними швидкостями при використанні алмазних паст і суспензій, для чого необхідне проектування відповідного обладнання.
  При цьому важливо проектувати такі вузли, які будучи встановлені на верстатах, що випускаються серійно, і призначені для виконання інших операцій, дозволили б на них при мінімальних витратах реалізовувати фінішні операції. Прикладом рішення сформульованого завдання може бути модернізація настільного свердлильного верстата для проведення наукових досліджень щодо вивчення та удосконалення процесів доведення керамік різних типів в тому числі деталей із антифрикційної кераміки типу торцевих ущільнень.

Зміст

  ЦІЛЬ И ЗАДАЧИ РОБОТИ.
  ЦІЛЬ РОБОТИ – модернізація настільного свердлильного верстата для проведення наукових досліджень щодо вивчення та обгрунтування удосконалення процесів доведення керамік різних типів в тому числі деталей із антифрикційної кераміки типу торцевих ущільнень, в порівнянні з іншими фінішнімі операціями.
  ОСНОВНИМИ ЗАДАЧАМИ РОБОТИ е: Зміст
  
ПРАКТИЧНА ЦІННІСТЬ. Доведенням називають технологічну операцію [9,10], в якій обробка поверхні деталі відбувається за рахунок впливу зерен абразивного матеріалу, що перебуває між поверхнями притиру (або доводочного круга) і деталі.
  При доведенні кераміки алмазною пастою віддаляються сліди попереднього шліфування у вигляді рисок і мікровиколів, але повністю видалити останні не представляється можливим, тому що паста сама здатна утворити на поверхні заготовки мікродефекти.
Як правило, на операцію доведення заготовки надходять із попередньої операції алмазного шліфування разом зі столом або підкладкою без переклеювання. Тому при виборі рецептури мастики для наклеювання заготовок необхідно врахувати також наступні вимоги доводочної операції: відсутність великих абразивних часток у мастиці; малий ступінь шаржування абразиву в мастику при доведенні; висока міцність кріплення заготовки при робочій температурі доведення; слабке «засалювання» робочих поверхонь у процесі доведення.
  В якості притирів використовують наступні матеріали: чавун, мідь, алюміній, латунь, олово, скло, оптичні «смоли» і т. д. Матеріал притиру повинен бути м'якше матеріалу оброблюваної деталі, бути зносостійким і добре підлягати шаржируванню абразивними зернами. В якості зв'язки доводочних кругів можуть виступати жорсткі (епоксидні, бакелітові й ін.) і еластичні полімери.
  Найбільш продуктивними та довговічними є металеві притири, що працюють із періодичною правкою на токарних верстатах. Періодичність правки таких притирів визначається не втратою площинності, тому що остання задається самою кінематикою верстата, а необхідністю нанесення спеціальних канавок на притир при його зношуванні. Експериментальним шляхом установлено, що при доведенні кераміки для зернистості алмазної пасти від 60/40 до 28/20 найбільш придатні чавунні притири, для зернистості від 28/20 до 5/3 найбільш придатні мідні притири, для зернистості від 5/3 до 3/2 – олов'яні, а для зернистості 1/0 – гетинаксові, лігнофолеві, притири з ткані.
  В якості полірувальних абразивів знаходять застосування такі матеріали, як кварц, корунд, карбід кремнію, алмаз й нітрид бора, окисли торію, церію, хрому. Для операцій доведення кераміки залежно від вимог, пропонованих до оброблюваної поверхні, застосовують головним чином синтетичні алмазні мікропорошки у вигляді паст різної зернистості. Алмазні мікропорошки подають у зону доведення у вигляді суспензії або пасти. При обробці кераміки через її високу твердість більш раціонально використовувати пасти з високою концентрацією алмаза й на водорозчинній основі. У цей час відсутні механізовані способи подачі суспензії або пасти при доведенні кераміки. Ручна подача здійснюється за допомогою пензлика, тампона або намазуванням на оброблювану поверхню. Подача МОТС при доведенні (при обробці кераміки це переважно вода, якій притаманні низька в'язкість, високі змочувальна та охолоджувальна властивості) відбувається за допомогою крапельниці зі швидкістю 100–200 крапель/хв. Обсяг подачі МОТС відіграє значну роль у процесі доведення, що позначається як на продуктивності, так і на якості оброблюваної поверхні.
Розглянемо особливості технології доведення кераміки на найпоширеніших доводочних верстатах СПШ-1 або СПШП-1. Підготовка верстата до роботи передбачає вивірку паралельності осей притирання й планшайби й усунення биття притиру та планшайби з деталями відносно власних осей.
  Перед доведенням необхідно переконатися в тому, що якість наклейки деталей не порушено після шліфування, геометрична точність верстата забезпечена, інструмент для доведення якісно підготовлений. Підготовка притирів складається з їх виготовлення та правки на токарному верстаті або правки безпосередньо на верстатах СПШ-1, СПШП-1 різцем, закріпленим на столі верстата.
  Були вивчені [1] залежності продуктивності доведення і якості поверхні кераміки від геометричних факторів на робочій поверхні притиру та його матеріалу. Найкращі результати показали мідні притири, що мають спіральну канавку з шириною виступаючої доріжки 30 мм (рис. 1). У цьому випадку поліпшується підведення МОТС до пасти й відвід шламу, що дає найвищу продуктивність і стійкість притирів.
Рисунок 1 – Мідний притир до верстата моделі СПШ-1

  Домінуючий вплив на продуктивність доведення Q оказує зернистість алмазного порошку dз і швидкість притирання Vk, що видно зі статистичної залежності [1]

  На рис. 2 показана залежність з’єму кераміки від тиску при використанні паст різної зернистості. Зі збільшенням тиску росте сила взаємодії оброблюваних деталей і притиру, збільшується шлях, пройдений одиничним алмазним зерном у процесі доведення, і збільшується з’єм кераміки.
  На підставі виробничих даних можна орієнтовно рекомендувати швидкості робочого руху на операції доведення кераміки: середня швидкість притиру 10-15 м/с, середня швидкість стола 3,7-7,3 м/с. Продуктивність процесу доведення в більшій мірі залежить від окружної швидкості притиру та зернистості і в меншій – від швидкості столу. Тиск на поверхні контакту деталі й притирання при попередній обробці встановлюється 0,1-0,15 МПа, при остаточній і прецизійній обробці – не більше 0,05-0,1 МПа.
Рисунок 2 – Залежність з’єму високоглиноземістої кераміки від тиску при доведенні алмазними пастами
різної зернистості: 1 – АСМ 2/1; 2 – АСМ 5/3; 3 – АСМ 10/5; 4 – АСМ 28/20 [1]

  Тому важливою проблемою забезпечення необхідної якості обробки кераміки на доводочних верстатах є розробка надійних конструкцій навантажувальних пристроїв і механізмів верстатів, які створюють необхідний робочий тиск у зоні контакту заготовка – абразивний прошарок – притир, засобів правки й шаржування притирів, пристроїв контролю розміру оброблюваної поверхні в процесі доведення.

Зміст

  ОГЛЯД ІСНУЮЧИХ ДОСЛІДЖЕНЬ. За технологічним призначенням доводочні верстати залежно від форми й виду оброблюваної поверхні розділяють на наступні типи [2]: плоскодоводочні – для доведення плоских і зовнішніх циліндричних поверхонь; внутрідоводочні – для доведення циліндричних і конічних поверхонь; сферодоводочні – для доведення внутрішніх і зовнішніх сферичних поверхонь; спеціальні – для доведення внутрішніх і зовнішніх фасонних поверхонь.
  Доводочні верстати для обробки плоских, циліндричних, конічних, сферичних і фасонних поверхонь по виду кінематичного зв'язку робочих ланок виконавчого механізму розділяють на два типи: верстати із жорстким кінематичним зв'язком і верстати із фрикційним зв'язком між заготовками й інструментом (притиром). Ці верстати мають рухомі й нерухомі притири з різними виконавчими механізмами, що задають закон відносного руху заготовки по притиру або притиру по заготовці шляхом сполучення обертальних, гойдальних і поступальних рухів притиру (притирів), а також сепараторів, касет, блоків із закріпленими або вільно встановленими в них заготовками.
  Виконавчі механізми верстатів мають різне конструктивне виконання. Жорсткий кінематичний зв'язок між ланками виконавчих механізмів доводочних верстатів, як правило, створюється планетарними, ексцентриковими, планетарно-ексцентриковими, кулісно-ексцентриковими механізмами з передачею обертального, поступального, плоскопаралельного або складного руху заготовки (сепаратору із заготовками) або притиру, або одночасно і заготовки і притиру. Вона здійснюється механізмами, складеними із зубчастих коліс, плоскими стрижневими механізмами (кривошипно-повзунковими, кривошипно-кулісними, кулачково-кулісними, кулісно-ексцентриковими, синусними й ін.), або просторовими стрижневими механізмами (з різною кількістю ланок, кулісними, кривошипними й ін.), що створюють необхідний закон відносного руху заготовки й притиру в площині або в просторі.
  Фрикційний кінематичний зв'язок створюється або фрикційними механізмами, що функціонують за рахунок безпосереднього контакту робочих тіл кочення (заготовок, притирів, ланок кінематичного фрикційного ланцюга й т.д.), а також через проміжні жорсткі ланки (кільця, кульки, ролики й т.д.) або гнучкі передачі (ремені, гнучкі вали й ін.), або фрикційними механізмами в сполученні з механізмами із жорстким кінематичним зв'язком між ланками.
Залежно від способу взаємної установки (базування) заготовки на робочій поверхні притиру або притиру по оброблюваній поверхні заготовки (заготовок) розділяють два способи доведення [1,3]: спосіб «вільного притиру» при самоустановленні поверхонь заготовки й притиру в процесі обробки; спосіб «жорсткої» незалежної орієнтації базових поверхонь або осей заготовки й притиру.
  По числу робочих позицій, у яких одночасно або послідовно обробляються заготовки, доводочні верстати підрозділяють на одношпиндельні й багатошпиндельні, однопозиційні й багатопозиційні. Залежно від широти номенклатури оброблюваних заготовок і рівня механізації й автоматизації процесу доведення в машино – і приладобудуванні застосовують універсальні верстати, спеціалізовані верстати й напівавтомати, а також спеціальні верстати й автомати.
  Тип виробництва, що визначає коефіцієнт закріплення доводочної операції, установлює вимоги за рівнем спеціалізації верстата, напівавтомата або автомата, а, отже, і ступеня автоматизації процесу, що дозволяють одночасно забезпечити необхідні параметри якості, продуктивність обробки й собівартість виготовлення деталі.

Зміст

2. ОСНОВНА ЧАСТИНА

  ТЕОРЕТИЧНИЙ АНАЛІЗ. У зв'язку із прогресом, досягнутим в області створення конструкційних керамічних матеріалів на основі карбіду кремнію, актуальної стає завдання розробки ефективного алмазно-абразивного інструмента для прецизійного доведення [1] деталей з кераміки, наприклад торцевих ущільнень насосів для перекачування в'язкість абразивозмістових рідин. Вимоги до робочої поверхні: неплощинність 0,5 мкм, параметр шорсткості поверхонь Rz=0,10-0,18 мкм.
  В інституті надтвердих матеріалів НАН України розроблений процес прецизійного доведення торцевих ущільнень із карбіду кремнію з використанням алмазних планшайб на металоорганічному зв'язки. Алмазоносный шар такого інструмента являє собою матрицю з полімерного сполучення з розподіленими по її обсязі частками алмаза й наповнювача, у якості якого використають порошки металів: міді, алюмінію, цинку й т.п.
  Прецизійне доведення торцевих ущільнень [5,8] с точністю в декілька десятих часток мікрометра здійснюють на полировально-доводочных верстатах типу ПД або ШП, що мають поводковий виконавчий механізм (рис.3)
Рисунок 3 – Схема обробки плоскої поверхні по методу вільного притирання

  При цьому нижня ланка 1 – алмазна планшайба – обертаеться, а верхня 2 – виріб – здійснює разом з поводком 3 верстата зворотно-поступальний рух подачі щодо нижньої ланки. Кульковий шарнір дозволяє верхній ланці самоустанавливаться на нижній ланці під дією сили притиску і не перешкоджає вільному обертанню верхньої ланки внаслідок його зчеплення з обертовою нижньою ланкою.
  З аналізу рівняння динаміки руху веденої ланки при поліруванні або доведенні по методу вільного притирання на полировально-доводочных верстатах типу ПД або ШП треба [5], що ні настроюванням верстата, ні вибором режиму обробки забезпечити стабілізацію швидкості відносного руху інструмента й заготовки в зоні їхнього контакту не вдається. Ця швидкість може бути стабілізована в кожен момент часу й у будь-якій точці зазначеної зони лише за умови введення додаткової кінематичного ланцюга від шпинделя заготовки до інструмента, що завдяки своїм пружним властивостям не перешкоджав би подачі інструмента уздовж поверхні заготовки.
  Така схема показана на рис. 2. тут обертання заготовки 2 з кутовою швидкістю передається за допомогою пружної кінематичного зв'язку 1 інструменту 3 з передатним відношенням, рівним 1, і в тім же напрямку, але навколо власної осі інструмента, тобто осі шарніра 4 поводке.
Рисунок 4 – Схема пристрою для стабілізації швидкості відносного руху інструмента й заготовки (анімація: 9 кадрів, нескінченне число повторень, розмір 26,8 KB, зроблено в MP Gif Animator)

Зміст

  ВЛАСНІ РОЗРОБКИ. Треба спроектувати такі вузли, які будучи встановленими на верстатах, що випускаються серійно, і призначені для виконання інших операцій, дозволили б на них при мінімальних витратах реалізовувати фінішні операції. Прикладом рішення сформульованої задачі буде модернізація настольно-свердлувального верстата для проведення наукових досліджень відносно вивчення і удосконалення процесів доведення кераміки різних типів у тому числі деталей з антифрикційної кераміки типа торцевих ущільнень.
  У результаті виконаних конструкторських робіт був спроектований верстат для доведення малогабаритних виробів з кераміки на базі настільного вертикально-свердлильного верстата.
  Стіл пристрою для доведення кераміки (рис. 5) складається з корпуса 5, на якому встановлений безпосередньо поворотний стіл. На поворотному столі встановлена знімна плита 2, на яку встановлюється чавунний притир. Вал 1 збирається поза складальним вузлом, і встановлюється в посадкові отвори корпуса й кришок.
  Обертання стола відбувається по круговим напрямним V-образного конічного профілю. Захист напрямних від пилу здійснюється завдяки лабіринтовим ущільненням 13 й 14.
  Обертання стола здійснюється від електродвигуна 27 через пасову передачу на вал 1. Електродвигун кріпиться до плити 6 і при обертанні гвинта 17 має можливість переміщатися по напрямних для регулювання натягу ременя.
Рисунок 5 – Стіл пристрою для доведення кераміки

  Конструкція доводочної голівки (рис. 6) включає дві пасові передачі. Кріплення голівки в шпиндель верстата здійснюється за допомогою конуса 2. На другому веденому шківі розташований палець 3, на який кріпиться заготовка.
  Натяг ременя 16 у першій передачі здійснюється шляхом зсуву стакану в пазу, що фіксується втулкою з різьбленням 9, болтом 18 і гайкою 19.
  Натяг ременя 17 у другій передачі здійснюється поворотом ексцентрикової втулки, розташованої на шліцах.
Рисунок 6 – Доводочна голівка

  В результаті експерименту встановлено, що шорсткість керамічних кілець послідовно зменшується при обробці пастами з меншою зернистістю.
  Зміна висотних параметрів мікрорельєфу в часі має експонентний характер. Зменшення середньоарифметичного відхилення профілю встановлювалося на рівні 0,01-0,02 від середньої величини зерен у пасті, тобто Ra=(0,01...0,02)d. При подальшому доведенні пастами із зернистістю 10/7 величина сталого значення визначалася як структурою, так і властивостями оброблюваного матеріалу. Якщо для керамік на основі TiN й AlN стале значення відповідало вище наведеному співвідношенню, то для кераміки на основі ВК6 значення параметра Ra було меншим майже на порядок. Застосування пасти 3/2 практично не впливало на зміну параметра Ra.
  Таким чином, у результаті досліджень було встановлено, що вибір режимів і зернистості абразивного порошку визначається вимогами до висотних параметрів мікрорельєфу виробів з кераміки й продуктивності процесу. Граничні значення рівня мікронерівностей визначаються поряд із розміром зерна також і фізико-механічними й структурними властивостями оброблюваного матеріалу. Домінуючим фактором, що впливає на якість (шорсткість) і продуктивність процесу доведення вільним абразивом, є розмір зерна шліфувального порошку. Зі збільшенням розміру зерен зростає шорсткість формованої поверхні.
  Якість поверхні після доведення вільним абразивом залежить від швидкості процесу й питомого тиску. Зі збільшенням робочої швидкості й зменшенням питомого тиску величина шорсткості оброблюваної поверхні знижується. Продуктивність процесу доведення зі збільшенням швидкості й тиску в зоні обробки зростає доти, поки ріст тиску не супроводжується роздавлюванням зерен абразиву й порушенням умов обробки.
  Результати експерименту показали, що спроектований верстат повною мірою забезпечує рішення сформульованих завдань, пов'язаних з вивченням оброблюваності антифрикційної кераміки на операціях доведення.

Зміст

3. ЗАКЛЮЧНА ЧАСТИНА

  ВИСНОВКИ. Працездатність сполучених поверхонь тертя деталей і вузлів багатьох машин залежить від геометричної точності й шорсткості їх робочої поверхні, властивостей поверхневого шару. Вимоги до точності розмірів і форми поверхневого шару прецизійних деталей машин і приладів можуть бути забезпечені на остаточних операціях виготовлення методами абразивного доведення. Доведення є остаточним методом обробки виробів із кераміки, що забезпечує високу якість поверхневого шару з шорсткістю до Rz=0,050....0,010 мкм.
  Для проведення наукових досліджень щодо визначення оброблюваності різних видів технічної кераміки на операціях доведення був спроектований спеціальний верстат на базі модернізованого настільного вертикально-свердлільного верстату. Для цього за результатами аналізу існуючих компоновок доводочних верстатів був вибраний найбільш придатний варіант компоновки, а також спроектовані елементи пристрою для доведення в складі стола для кріплення чавунного притиру і доводочної голівки. Пристроєм для доведення був модернізований вертикально-свердлільний верстат, ефективність якого була підтверджена при проведенні лабораторних досліджень щодо визначення оброблюваності різних типів антифрикційної кераміки на операціях доведення.
  В результаті досліджень визначено, що вибір режимів і зернистості абразиву визначається вимогами до висотних параметрів мікрорельєфу виробу із кераміки і продуктивності процесу. Граничні значення рівня мікронерівностей визначаються поряд з розміром зерна також і фізико-механічними й структурними властивостями оброблюваного матеріалу.
  Домінуючим фактором, що впливає на якість (шорсткість) і продуктивність процесу шліфування вільним абразивом є розмір зерна шліфувального порошку. Зі збільшенням розміру зерен зростає шорсткість формованої поверхні залежність якої має вид Ra=(0,01...0,02)d. Якість поверхні після доведення залежить від швидкості процесу й питомого тиску. Зі збільшенням швидкості й зменшенням питомого тиску величина шорсткості оброблюваної поверхні знижується.
  Продуктивність процесу доведення зі збільшенням швидкості й тиску в зоні обробки зростає доти, поки зростання тиску не супроводжується роздавлюванням зерен абразиву й порушенням умов обробки.
  Спроектований верстат може також бути рекомендований для реалізації операції доведення малогабаритних виробів із кераміки в дрібносерійному виробництві.

Зміст

  ЛІТЕРАТУРА
  1. Алмазная обработка технической керамики / Д.Б. Ваксер, В.А. Иванов, Н.В. Никитков, В.Б. Рабинович. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1976. – 160 с.
  2. Орлов П.Н. Технологическое обеспечение качества деталей методами доводки. – М.: Машиностроение, 1988. – 384 с.
  3. Бабаев С.Г., Садыгов П.Г. Притирка и доводка поверхностей деталей машин. – М.: машиностроение, 1972. – 120 с.
  4. Ящерицын П.И., Попов С.А., Наерман М.С. Прогрессивная технология финишной обработки деталей. – Мн.: Беларусь, 1978. – 173 с.
  5. Орап А.А., Стахнив Н.Е., Сохань С.В. Доводка и полирование прецизионных плоских деталей. // Станки и инструмент. – 1992.– №3. – С.24-27.
  6. Абразивная и алмазная обработка материалов: Справочник/Под. Ред. А.Н.Резникова. – М.: Машиностроение, 1977. – 390 с.
  7. Ящерицын П.И., Мартынов А.Н. Чистовая обработка деталей в машиностроении: [Учеб.пособие]. – Мн.: Выш.школа, 1983. – 191 с.
  8. Сохань С.В. Доводка торцовых уплотнений из карбида кремния на алмазных планшайбах. // Вестник машиностроения. – 1996. – №1. –С.23-26.
  9. http://www.tehinf.ru/th_art080629_proc_obrab_abraziv_instr04.htm
  10. http://proftech.ru/machine-tools/Machining_tools_technical_descri/dovodka.php
Зміст

Важливе зауваження

   При написанні даннног автореферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення грудень 2009 р. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути одержані у автора після вказанної дати.

Автобіографія Бібліотека Звіт про пошук Посилання Індівідуальне завдання
ДонНТУ Портал магистрів ДонНТУ Поіскова система ДонНТУ