РАЗРАБОТКА ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ШИРОКОГО ВЫГЛАЖИВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИМСЯ ИНСТРУМЕНТОМ ДЛЯ  МАССОВОГО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА (08.02.2010)

Автор: Бобровский Николай Михайлович

Для определения площадки износа отработанного выглаживателя была предложена специальная методика, которая основана на цифровой обработке поверхностей с разной отражательной способностью, характерных для исходного и изношенного состояний.

Методика количественной оценки площади изношенной поверхности инструмента включает в себя следующие этапы:

1. Цифровое фотографирование рабочей поверхности инструмента на специальном стенде.

2. Обработка растрового изображения рабочей поверхности инструмента в графическом редакторе Adobe Photoshop с целью увеличения контрастности и подготовки цифровой фотографии рабочей поверхности выглаживателя к определению фактического пятна контакта износа в программе IZNOSOMER.

3. Определение фактического пятна износа выглаживателя осуществляется с помощью разработанного специального программного продукта IZNOSOMER.

Исследование влияния параметров технологического цикла выглаживания на шероховатость обработанной поверхности. Процессу выглаживания подвергались образцы, изготовленные из материалов: сталь 40 и высокопрочный чугун ВЧ 75-50-03. Образцы предварительно обрабатывались шлифованием. Исходная шероховатость у образцов из стали 40 Ra = 0,5 мкм, из чугуна Ra = 0,85 мкм.

Результаты математического моделирования позволили дифференцировать разработанные регрессионные модели по циклам выглаживания:

шероховатость образцов из стали 40:

для 4 циклов

для 6 циклов

для 10 циклов

Шероховатость образцов из чугуна ВЧ75-50-03:

для 4 циклов

для 6 циклов

для 10 циклов

В графическом виде полученные математические модели связи для различных усилий и циклов выглаживания образцов из исследованных материалов показаны на рис. 13.

Обращает внимание, что при выглживании образцов из стали 40 и высокопрочного чугуна ВЧ 75-50-03 для всех 3 исследованных циклов выглаживания наблюдается экстремальный характер связи шероховатости обработанной поверхности с усилием на выглаживатель.

Экспериментами установлено, что минимальные значения шероховатости обработанной поверхности по величине Ra имеют место при значениях Р = 210 Н/мм для стали 40 и при Р = 410 Н/мм для чугуна ВЧ 75-50-03 независимо от количества циклов выглаживания. Такая закономерность дает основание предположить, что на формирование шероховатости обработанной поверхности оказывает влияние время обработки и давленеи на выглаживаемую поверхность, следовательно, причина заключается в механизме пластической деформации.

Рис. 13 Зависимость шероховатости выглаженного образца из стали 40 (а) и чугуна ВЧ 75-50-03 (б) от погонного усилия при различных циклах нагружения: 1 – при 4 циклах; 2 – при 6 циклах; 3 – при 10 циклах

Выбор инструментальных материалов для широкого выглаживания. Для исследования были отобраны следующие синтетические сверхтвердые материалы: композит 05ИТ, лейкосапфир, ниборит (томал 10).

На рис. 14,а представлена полученная экспериментальная зависимость шероховатости поверхности детали из стали 45 от длины пути, пройденного инструментом для инструментальных материалов: композит 05ИТ, лейкосапфир, ниборит, а на рис. 14,б – зависимость шероховатости поверхности детали из чугуна ВЧ 65-50-03 от длины пути, пройденного инструментом из композита 05.

В результате проведенных исследований выяснили, что наибольшую стойкость при обработке стали 45 имеет сверхтвердый материал ниборит (томал 10), его стойкость составляет 6,3 км. Стойкость для остальных материалов при обработке стали 45 составляет для лейкосапфира 2,3 км, для композита 05ИТ – 4,4 км.

Выбор конкретного инструментального материала необходимо осуществлять из экономических соображений для каждого материала обрабатываемой детали.

Эксперименты также показали, что работоспособность выглаживателя повышается при использовании твердого сплава с уменьшенной дисперсностью карбидной фазы. Нанесение износостойких покрытий, выполненное в данной работе, не дало ощутимого прироста стойкости твердосплавных инструментов.

Рис. 14 Зависимость шероховатости образца при выглаживании от длины пути, пройденного инструментом из различных материалов.

В производственных условиях проведен двухфакторный эксперимент, который моделировал совместное и взаимосвязанное влияние усилия выглаживания и числа циклов нагружения на качество обработки сальниковых шеек коленчатых валов из высокопрочного чугуна. Результаты оказались адекватными закономерностям, установленным в лабораторных условиях.

Сравнение результатов экспериментальных исследований и расчетов по энергетической модели изнашивания. Была выполнена сравнительная оценка данных по размерам площадок износа рабочих поверхностей выглаживателей из различных инструментальных материалов, которые были получены экспериментально и расчетным путем по энергетической модели изнашивания.

На рис. 15 представлены зависимости площади износа от пройденного пути инструмента в процессе обработки. Кривые 1 и 3 получены экспериментальным путем согласно методике, приведенной в главе 3. Критическое значение площади износа Sкритич определялось как состояние инструмента, не способного обеспечить в процессе обработки необходимой шероховатости (при необходимой Ra = 0,4 мкм, Sкритич = 2,5 мм2).

Кривая 2 получена теоретическим способом при решении энергетической модели, представленной во второй главе, при этом эмпирический коэффициент стойкости Кстойкости = 0,375·10-2).

Кривая 3 получена теоретическим путем с помощью энергетической модели для новой группы инструментальных материалов H10F после внесения в нее необходимых эмпирических коэффициентов при построении кривой 2. Из графиков видно, что погрешность между экспериментальными и расчетными площадками износа не велика (менее 20%), при этом кривые износа соответствуют классическим, и состоят из трех основных этапов: приработка, нормальная работа, катастрофический износ.

Рис. 15 Кривые зависимости площади износа от пройденного пути инструмента в процессе широкого выглаживания

По результатам сравнительной оценки данных, полученных расчетным и экспериментальным путем, можно признать их совпадение хорошим. Например, если сравнивать размеры площадок износа рабочей поверхности выглаживателей из различных инструментальных материалов, рассчитанных по энергетической модели изнашивания и полученных измерением в реальных условиях выглаживания, то разница между ними не превышает 25%, в среднем составляя 9,3% по результатам измерений в 5 различных режимах выглаживания.

Технологические особенности выглаживания высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Вскрыты технологические особенности процесса широкого выглаживания высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (на примере чугуна ВЧ 75-50-03), который отличается низкой пластичностью, повышенной твердостью и узким диапазоном напряжений деформирования от упругой деформации до его разрушения.

На рис. 16 показаны микрофотографии обработанной поверхности коленчатого вала из высокопрочного чугуна после широкого выглаживания и

полирования абразивной лентой. С точки зрения микрогеометрии поверхности и необходимости ее приработки на начальном этапе изнашивания обработка выглаживанием оказалась более предпочтительной, чем полирование.

При выбранных условиях выглаживания поверхностный слой деталей из высокопрочного чугуна имеет незначительное упрочнение – по степени наклепа увеличение до 10% при глубине наклепа 4…6 мкм.

Исследование процесса широкого выглаживания на образцах из закаленной цементированной стали 18ХГТ. Установлено, что для выглаживания деталей из цементированной закаленной стали 18ХГТ целесообразно использовать выглаживатели с рабочей частью из поликристаллических пластин композита 05 с радиусом 2 мм, который при оптимальных условиях нагружения обеспечивает шероховатость обработанной поверхности до Ra = 0,05 мкм без признаков ее перенаклепа. В случае, когда возрастает исходная шероховатость поверхности перед выглаживанием необходимо увеличить давление на инструмент.

Рис. 16 Поверхность после обработки выглаживанием (а) и полированием (б) х300

Обработка результатов экспериментов позволила получить эмпирическую зависимость для расчета ориентировочного значения оптимальной силы выглаживания:

где: НV - твердость заготовки по Виккерсу; N - число циклов нагружения; Ra - исходная шероховатость, мкм; R - радиус цилиндрической поверхности инструмента, мм; l - ширина обрабатываемой поверхности, мм.


загрузка...