Реферат по теме магистерской работы
Содержание
Введение. Актуальность работы.
2.1 Процесс морфологического синтеза рационального технологического процесса
Введение
С помощью фрез в машиностроении выполняется заданное множество операций технологического процесса, обеспечивающих заданные параметры точности и качества изделий. Фреза, инструмент, имеющий множество функциональных элементов, ориентируемых на инструменте относительно его продольной оси вращения в соответствии с условиями обработки и параметрами формообразования, и выполняющий заданные эксплуатационные функции определенной операции технологического процесса [1, 2, 3].
Актуальность работы
За последние годы в современном машиностроительном производстве роста производительности труда реализуется за счет резкого повышения скоростей резания и требований до работоспособности применяемого инструмента. Одним из путей повышения служебных характеристик используемых инструментов есть нанесение на их рабочие поверхности износостойких покрить со специальными свойствами. Мировая практика показывает, что для эффективного использования резательного инструмента не менее 80 % его объему должно выпускаться c разным износостойким покрытием, что позволяет резко повысить ресурс инструмента и обеспечить высокое качество изготовленных деталей. Наиболее прогрессивным и универсальным методом нанесения таких покрить является метод конденсации в вакууме на поверхности изделия вещества из плазменной фазы с ионной бомбардировкой — метод КИБ, разработанный в Украине.
Проведенный анализ современного состояния вопроса исследования показал, что в настоящее время разработано множество технологических процессов изготовления фрез с вакуумными ионно-плазменными покрытиями [4, 5, 6]. Эти технологические процессы позволяют изготавливать фрезы с заданными параметрами их качества и стойкости. Вместе с тем, с развитием научно-технического прогресса непрерывно повышаются требования к параметрам качества фрез
Можно отметить, что для изготовления дисковых фрез широко используются прогрессивные технологические процессы обеспечивающие заданные параметры их качества [1, 2, 3]. При этом для повышения эффективности работы фрез и увеличения их стойкости на современных машиностроительных заводах используются инструменты с вакуумными ионно-плазменными покрытиями, наносимые методом конденсации и ионной бомбардировки (КИБ) [4, 5, 6]. Эти покрытия обеспечивают существенное повышение стойкости инструментов при выполнении высоконагруженных операций технологического процесса. При этом существующие технологические процессы не позволяют существенно повышать эксплуатационные свойства инструментов. Это вызывает необходимость проведения дальнейших исследований в области повышения эксплуатационных свойств инструментов с вакуумными ионно-плазменными покрытиями. Дальнейшее повышени свойств дисковых фрез с вакуумными ионно-плазменными покрытиями, возможно выполнять за счет разработки дополнительных технологических процессов отделочной обработки, базирующихся на функционально-ориентированном и системном подходе.
Цели и задачи исследования
Целью данной работы является повышение качества поверхностного слоя и производительности отделочной комбинированной обработки дисковых фрез путем совершенствования структурного и технологического обеспечения процессов. В соответствии с поставленной целью в работе планируется решить следующие основные задачи:
- разработать общий подход и методику рациональной структуры технологического процесса комбинированной отделочной обработки;
- выполнить анализ особенностей разработанного рационального технологического процесса;
- исследовать особенности формирования шероховатости рабочих поверхностей инструмента по операциям технологического процесса;
2. Создание рационального технологического процесса комбинированной отделочной обработки дисковых фрез
Процесс создания рационального технологического процесса комбинированной отделочной обработки дисковых фрез с покрытием основывается на выборе его структуры на множестве функционально-ориентированных технологических операций:
D — полное множество существующих функционально-ориентированных дополнительных операций;
аj — любая элементарная функционально-ориентированная технологическая операция;
N — общее количество возможных функционально-ориентированных дополнительных отделочных операций обработки фрез.
Здесь, из полного множества существующих функционально-ориентированных дополнительных отделочных операций, представленного выражением, необходимо выбрать требуемое подмножество операций, из которого будет создан рациональный технологический процесс дополнительной отделочной обработки дисковых фрез. Этот процесс может быть реализован на основе морфологического синтеза технических решений.
2.1 Процесс морфологического синтеза рационального технологического процесса
Рис. 1 Процесс морфологического синтеза рационального технологического процесса
Процесс морфологического синтеза рационального технологического процесса дополнительной отделочной обработки инструментов состоит из следующих этапов:
1. Постановка задачи.
2. Выбор морфологических признаков.
3. Выявление возможных вариантов каждого признака.
4. Составление морфологической матрицы.
5. Генерирование множество возможных вариантов ТП.
6. Определение критериев выбора технологического процесса.
7. Выбор рациональной структуры технологического процесса.
где V — входной поток информации по полному множеству существующих функционально-ориентированных дополнительных операций отделочной обработки дискових фрез; W — выходной поток информации о структуре рационального технологического процесса дополнительной отделочной обработке дисковых фрез. Здесь, при постановке задачи синтеза, основными параметрами синтеза является выбор структуры рационального технологического процесса дополнительной отделочной обработки дисковых фрез по параметрам производительности П, качества изготовления инструмента K и себестоимости изготовления инструмента с учетом его стойкости C . Можно отметить, что выбор морфологических признаков, где m 1, 2, ..., M — количество строк морфологической матрицы, в данной работе осуществляется на основе формирования групп сходных операций дополнительной отделочной обработки по каждой строке мощностью . Причем с увеличением номера строки повышаются параметры качества дополнительных отделочных операций изготовления дисковых фрез [8].
Морфологическая матрица имеет следующую структуру
Рис. 2 Морфологическая матрица
A — морфологическая матрица;
Амк - любая дополнительная отделочная операция m-й строки, k-й операци группы сходных операций морфологической матрицы;
M — количество строк морфологической матрицы;
K — мощность группы сходных операций дополнительной отделочной обработки по каждой строке морфологической матрицы.
В морфологической матрице горизонтальная стрелка показывает расположение элементарных операций, в которых последовательно увеличиваются параметры производительности П и себестоимость C изготовления фрез, а вертикальная стрелка показывает расположение групп сходных операций дополнительной отделочной обработки, в которых также последовательно повышаются параметры качества K и себестоимость C изготовления фрез.
На этапе генерирования полного множества возможных вариантов структур технологического процесса выполняется определение этого полного множества. Полное множество структурных вариантов технологических процессов дополнительной отделочной обработки дисковых фрез определяется по следующей формуле:
где R — полное множество структурных вариантов технологических процессов дополнительной отделочной обработки фрез.
Далее, выполняется определение критериев выбора рационального технологического процесса. В данном случае, в качестве критериев выбора структуры рационального технологического процесса дополнительной отделочной обработки фрез приняты производительность П, качество K и себестоимость C изготовления.
После определения критериев выбора структуры рационального технологического процесса выполняется выбор на полном множестве структурных вариантов технологических процессов рациональный технологический процесс дополнительной отделочной обработки конкретной фрезы, например, дисковой фрезы. На рис.3 представлена иерархическая схема структуры рационального технологического процесса дополнительной отделочной обработки фрез. Этот технологический процесс состоит из следующих этапов:
2.2 Структура рационального технологического процесса комбинированной отделочной обработки дисковых отрезных фрез
- предварительные отделочные операции;
- операции подготовки инструмента к нанесению покрытия;
- операции нанесения вакуумного ионно-плазменного покрытия на инструмент;
- дополнительные отделочные операции инструмента;
- операции контроля качества инструмента;
Рис.3 Иерархическая схема структуры рационального технологического процесса дополнительной отделочной обработки дисковых фрез
Каждый из этих этапов технологического процесса имеет определенное количество элементарных технологических операций.
Исследование особенностей дополнительной отделочной обработки лезвийных инструментов фрез,в данном случае, выполнено на примере реализации технологического процесса для дисковых отрезных фрез.
2.3 Этапы рационального технологического процесса комбинированной отделочной обработки дисковых отрезных фрез
На первом этапе рационального технологического процесса производим шлифование функциональных элементов. Заточка фрез, операция для получения заданных геометрических параметров, а также для восстановления режущих свойств, утраченных в результате износа зубьев. Правильно выполненная заточка увеличивает стойкость фрезы, а следовательно, снижает расход режущего инструмента. Заточка дисковых фрез производится на универсально-заточных станках модели 3E653.
Рис.4 Общий вид полуавтомата заточного модели 3E653
Для обеспечения правильной заточки фрез, соблюдения установленных норм допускаемых биений, обеспечения установленного качества поверхностей и режущих кромок необходимо, чтобы заточные станки и приспособления удовлетворяли следующим требованиям:
1. Шпиндели станков и приспособлений должны обладать достаточной виброустойчивостью, хорошо смазываться и легко вращаться, осевое и радиальное биение не должно превышать 0,01 мм.
2. Механизмы подач должны работать без заеданий во всех направлениях, иметь минимальные зазоры и обеспечивать легкое и плавное перемещение закрепленной фрезы.
3. Сменные шпиндели и шайбы для крепления заточных кругов должны обеспечивать точную посадку заточного круга или доводочного диска на шпинделе станка, не вызывая вибраций при заточке и неравномерного износа круга или диска.
4. Суммарное биение шпинделя станка, приспособления и оправки должно быть меньше допустимого биения затачиваемой фрезы.
В соответствии с разработанным рациональным технологическим процессом дополнительной отделочной обработке отрезных дисковых фрез предусмотрена пескоструйная обработка режущих кромок инструмента
Пескоструйная обработка лезвийного инструмента обеспечивает решение двух задач:
1. Выполняется поверхностно-пластическая деформация режущих кромок, передних и задних поверхностей инструмента и их упрочнение. Здесь, выполняется также тренировка режущих кромок к дальнейшей работе инструмента.
2. Обеспечивается скругление режущих кромок инструмента. Скругление режущих кромок это необходимая операция для дальнейшего исключения процессов микровыкрашивания режущего клина и образования микроконцентраторов напряжений.
После пескоструйной обработки лезвийного инструмента необходимо восстановить и улучшить параметры шероховатости поверхности лезвийного инструмента. В данной работе этот процесс выполнялся полировкой поверхностей инструментов с применением войлочного круга и специальной абразивной пасты.
На втором этапе рационального комплексного технологического процесса дополнительной отделочной обработки лезвийного инструмента выполняются операции подготовки лезвийного инструмента к нанесению покрытия. На этом этапе реализуются следующие операции: обезжиривание инструмента с применением ультразвука, промывка инструмента, сушка инструмента. Здесь, дополнительно могут выполняться операции химической очистки и гидроабразивной очистки. Для этого применяются специальные ставы сред и режимы обработки.
На рис. 4 представлена установка для комплексной ультразвуковой обработки отрезных дисковых фрез. В качестве источника колебаний применена установка ультразвуковых колебаний УЗГ 3-4 и магнитострикционные преобразователи.
Рис. 5 Установка для комплексной ультразвуковой обработки дисковых фрез
На третьем этапе комплексного технологического процесса дополнительной отделочной обработки лезвийных инструментов выполняются операции нанесения вакуумного ионно-плазменного покрытия. На этом этапе предусмотрено выполнение следующих операций:
- азотирование инструмента в тлеющем разряде;
- ионная бомбардировка и прогрев инструмента;
- металлизация функциональных элементов инструмента;
- нанесение многослойного композиционного нитрид-титанового покрытия;
- охлаждение инструмента.
На рис.5 представлен общий вид установки Булат 6 для вакуумного ионно-плазменного напыления покрытий на лезвийный инструмент. Данная установка позволяет реализовать полный комплекс всех операций третьего этапа комплексного технологического процесса отделочной обработки лезвийных инструментов. Цикловая производительность установки определяется по следующей формуле:
,где ПЦ — цикловая производительность установки для вакуумного ионно-плазменного напыления покрытий на лезвийный инструмент;
uk — количество рабочих позиций;
ТЦ — время полного кинематического цикла обработки лезвийных инструментов;
tO — основное время обработки лезвийных инструментов;
tB — вспомогательное время работы установки;
P — количество классов подсистем поворотного устройства установки.
Рис. 6 Общий вид установки Булат 6 для вакуумного ионно-плазменного напыления покрытий на лезвийный инструмент
Рис.7 Пример металлизации изделий в вакуумной камере.
Cделано в gif animator, количество кадров — 10, размер анимации — 312 Кб
На следующем этапе рационального комплексного технологического процесса дополнительной отделочной обработки дисковых фрез выполняются следующие операции:
- анализ внешнего вида и параметров точности инструментовментов;
- определение параметров шероховатости поверхности функциональных элементов инструментов;
- определение параметров микротвердости поверхностного слоя функциональных элементов инструментов;
- определение стойкости инструментов.
Рис. 8 Дисковая отрезная фреза до выполнения всех этапов рационального технологического процесса.
Рис. 9 Дисковая отрезная фреза после выполнения всех этапов рационального технологического процесса.
Заключение
1. Справочнки технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2/Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова.- 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. 656 с.
2. Справочник инструментальщика / И.А. Ординарцев, Г.В. Филиппов, А.Н. Шевченко и др. – Л.: Машиностроение, 1987. – 846 с.
3. Боровский Г.В., Григорьев С.Н., Маслов А.Р. Справочник инструментальщика / Под общей ред. А.Р. Маслова. – М.: Машиностроение, 2005. – 464 с.
4. Внуков Ю.Н. Нанесение износостойких покрытий на быстрорежущий инструмент. – Киев, Тэхника, 1992. – 143 с.
5.Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. М.: Машиностроение: 1993, 336 с.
6. Михайлов А.Н. Основы синтеза функционально-ориентированных технологий машиностроения. - Донецк: Технополис, 2008. 346 с.
7. Хубка В. Теория технических систем: Пер. с нем. - М.: Мир, 1987. - 208 с.
8. Методы поиска новых технических решений / Под ред. А.И. Половинкина. - Йошкар-Ола: Мар. кн. изд-во, 1976. - 192 с.
9. Маджид А.Х., Михайлов А.Н., Михайлова Е.А., Михайлов Д.А. Некоторые особенности структуры процессов комбиннированной отделочной обработки осевых лезвийных инструментов с ионно плазменными покрытиями.// Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонНТУ, 2009. Вып. 37. 112-120 с.
10. Михайлов А.Н. Функционально-ориентированные технологии. Особенности синтеза новых и нетрадиционных свойств изделий. // Машиностроение и техносфера XXI века. Сборник трудов XV международной научно-технической конференции в г. Севастополе 15-20 сентября 2008 г. В 4-х томах. – Донецк: ДонНТУ, 2008. Т. 4. 290-314 с.
11. Михайлов А.Н., Маджид А.Х., Михайлова Е.А., Феник Л.Н., Зантур Сахби Экспериментальные исследования параметров технологического процесса комбиннированной отделочной обработки сверл из быстрорежужей стали. //Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонНТУ, 2009. Вып. 37. 112-120 с.
12. Маджид А.Х., Михайлов А.Н., Михайлова Е.А., Михайлов Д.А. (ДонНТУ, г. Донецк, Украина) Некоторые особенности синтеза структуры процессов комбинированной отделочной обработки осевых лезвийных инструментов с ионно-плазменными покрытиями. Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонНТУ, 2009. Вып. 37. 112-120 с.
|