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

Автор: Бобровский Николай Михайлович

В пятой главе представлены результаты разработки конструктивных схем устройств для широкого выглаживания, испытания эксплуатационной надежности деталей, обработанных по новой технологии, и ее внедрения в массовое производство.

В процессе производственных испытаний и внедрения предложены и исследованы различные конструктивные схемы устройств для широкого выглаживания кулачковых валов. Разработана специальная методика и проведены экспериментальные испытания деталей, обработанных по новой технологии. Производственные испытания показали, что износостойкость (по среднему значению площади канавки износа) упрочнительных узлов шпинделей после выглаживания увеличилась на 63% в сравнении с обработкой шлифованием.

В настоящее время технология широкого выглаживания без охлаждения и соответствующий комплекс инструмента и оборудования успешно внедрены в условиях массового производства коленчатых валов автомобилей с годовой программой выпуска 530 тыс. штук.

Новая технология выглаживания широким инструментом реализована на специальном станке для обработки, например, подманжетных шеек коленчатого вала двигателя автомобиля ВАЗ 2112. В качестве инструмента для выглаживания предложен широкий самоустанавливающийся индентор с рабочей частью, выполненной в виде вставки из твердого сплава.

Внешний вид станка и технологическая наладка для обработки подманжетных шеек коленчатого вала автомобиля 2112 выглаживанием широким самоустанавливающимся инструментом показан на рис. 17 и 18 В табл. 2 представлены характеристики модернизированного станка.

Рабочая часть широкого индентора имеет цилиндрическую форму, а длина ее больше или равна длине обрабатываемой поверхности, причем ось индентора располагается параллельно оси изделия. Таким образом, зона деформации обрабатываемой поверхности имеет значительную протяженность (десятки миллиметров), что требует значительных рабочих усилий при обработке. Кроме того, чем больше диаметр обрабатываемой поверхности, тем большее усилие необходимо для создания напряжений, достаточных для пластической деформации поверхностного слоя. Так при обработке коленвала из чугуна ВЧ 75-50-03 на диаметре 80 мм понадобилось усилие около 10000 Н. Такое усилие может вызвать недопустимые нагрузки на деталь и узлы станка. Поэтому принято решение обрабатывать каждую поверхность одновременно с двух сторон в диаметрально противоположных направлениях, что позволяет замыкать усилия на обрабатываемой шейке и не передавать его на другие узлы.

Коленчатый вал обрабатывается на станке-автомате, в котором загрузка изделия в рабочую зону производится снизу. Это определяет вертикальное расположение рычажной системы инструментального модуля.

Рис. 17 Специальный станок для широкого выглаживания

Рис. 18 Технологическая наладка операции широкого выглаживания

Таблица 2

Технические характеристики станка и параметры для выглаживания без охлаждения широкими самоустанавливающимися инструментами подманжетных шеек коленчатого вала автомобиля 2112

п/п Наименование характеристики Обознач. Ед изм. Значение

1 Годовая программа — шт 265 000

2 Производительность при коэффициенте использования 0,8 P шт/час 80

3 Основное время t c 10

4 Количество одновременно работающих инструментов — шт 2

5 Номинальное усилие на один инструмент F Н 6000…8000

6 Число циклов нагружения одним инструментом за время обработки N — 3…5

7 Номинальная частота вращения шпинделя при обработке n об/мин 30…60

8 Применяемая СОТС в процессе обработки - - -

9 Размеры обрабатываемых шеек d

мм 28, 80

10 Обрабатываемый материал ВЧ 75-05-03

11 Твердость обрабатываемой поверхности НRС — 45

12 Исходная шероховатость обрабатываемой поверхности Ra мкм 0,8…1,0

13 Шероховатость обработанной поверхности Ra мкм 0,2…0,4

Специальный станок также разработан и внедрен на операции широкого выглаживания подманжетных шеек коленчатого вала двигателя автомобиля ВАЗ 2110.

Многолетними испытаниями деталей автомобилей производства ОАО «АВТОВАЗ» установлено, что после выглаживания количество дефектов «течь сальника» в период гарантийной эксплуатации снизилось в 3 раза.

Разработанные рекомендации по использованию технологии выглаживания без применения смазочно-охлаждающих технологических сред переданы для практического применения на ОАО «ГАЗ», ОАО «КАМАЗ», СНТК им. Н.Д. Кузнецова, ЗАО «ТЗА», ОАО «ВНИИинструмент» и др.

Основные выводы и результаты

В диссертации решена крупная научно-техническая проблема, имеющая важное народнохозяйственное значение, заключающаяся в разработке комплекса технических решений, направленных на повышение эффективности и экологической безопасности процессов финишной обработки деталей в условиях массового производства на основе применения новой высокопроизводительной технологии выглаживания широким самоустанавливающимся инструментом без применения смазывающе-охлаждающих технологических сред.

Впервые разработаны и реализованы оригинальные технологические схемы, конструкции инструментов и технических устройств для широкого выглаживания деталей из конструкционных сталей и высокопрочных чугунов с машинным временем обработки 6…10с, что позволило заменить ранее применявшуюся технологию шлифования абразивными лентами с охлаждением керосином. По сравнению с другим возможным альтернативным методом выглаживания алмазным индентором с точечным контактом и продольной подачей инструмента новый процесс широкого выглаживания твердосплавным инструментом позволяет увеличить производительность обработки однотипных деталей до 75 раз.

Новизна и оригинальность технических решений подтверждена 6 авторскими свидетельствами на изобретения и 5 патентами РФ.

Для комплексного теоретического анализа условий протекания процесса широкого выглаживания и прогнозирования его результатов впервые разработана методика, в которой на единой основе алгоритмизации и программного обеспечения выявлено влияние условий контактирования инструмента с обрабатываемой поверхностью детали, нагрева и изнашивания рабочей поверхности выглаживателя, что позволяет обеспечить заданную его работоспособность.

Критерий стойкости инструмента определяется его функциональным назначением выглаживания в качестве метода преимущественного улучшения шероховатости обрабатываемой поверхности детали. При необеспечении заданных требований по высоте микронеровностей на обработанной поверхности (например, по величине параметра Ra) выглаживающий инструмент признается как непригодный к дальнейшей работе.

Процесс изнашивания инструмента в работе рассматривается как трансформация микрогеометрической топографии его рабочей поверхности в результате адгезионного взаимодействия двух металлических тел в условиях сухого трения скольжения с применением эффекта аппликации. Сущность этого эффекта заключается в наложении микрорельефа рабочей поверхности выглаживателя при накатывании на обрабатываемую поверхность детали с сопутствующим процессом пластического течения приповерхностного слоя, что позволяет прогнозировать стойкость инструмента.

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, показала хорошие совпадения площади износа выглаживателя: максимальная разница составляет 25% при средней ошибке 9,3%.

Выявление тепловой картины широкого выглаживания позволяет выработать технологические ограничения на процесс обработки с точки зрения двух факторов. Во-первых, для предотвращения возможных негативных структурно-фазовых превращений в поверхностном слое выглаживаемой детали с последующим снижением ее качества и эксплуатационной надежности. И, во-вторых, для уменьшения интенсивности изнашивания инструмента, особенно при отсутствии благоприятного влияния СОТС.

Проведенные исследования позволили установить рациональные условия широкого выглаживания с назначением его основных технологических параметров: действующего усилия, количества циклов обработки и инструментального материала рабочей части выглаживателя. Выявлен экстремальный характер связей шероховатости обработанной поверхности с давлением на нее и временем обработки сталей и чугунов и разработаны регрессионные модели для практического использования.

В настоящее время технология широкого выглаживания без охлаждения и соответствующий комплекс инструмента и оборудования успешно внедрены в условиях массового производства коленчатых валов автомобилей с годовой программой выпуска 530 тыс. штук.


загрузка...