Технологическое обеспечение точности и качества поверхностного слоя деталей машин путем управления периодическими погрешностями обработки

• Автор: Прилуцкий, Ванцетти Александрович
• Шифр специальности: 05.02.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 340 с. : ил. + Прил. (135 с.: ил.)

1. Обзор. Анализ проблемы. Цели и задачи работы

1.1. Связь эксплуатационных свойств поверхностей деталей, соединений, машин с погрешностями изготовления

1.2. Принцип инверсии

1.3. Классификация исполнительных поверхностей

1.4. Периодические составляющие погрешности обработки

1.5. Периодическая составляющая погрешности обработки — волнистость

1.6. Оценка влияния волнистости на эксплуатационные свойства деталей машин

1.7. Анализ причин образования периодических погрешностей при механической обработке

1.8. Методы обеспечения и (или) уменьшения ППО - волнистости

1.9. Оценка влияния погрешностей расположения поверхностей детали

на эксплуатационные свойства деталей машин

1.10. Методологические предпосылки и структурный анализ диссертации
1.11. Выводы и постановка задач диссертации
2. Технологическое обеспечение точности расположения поверхностей (постоянной составляющей ППО)
2.1. Систематизация факторов обеспечения требуемого положения заготовки и инструмента
2.2. Анализ связей заготовки и инструмента с технологической системой
2.3. Разработка методики расчета погрешности установки, обусловлен
ной несовершенством технологической базы
2.4. Разработка методов повышения точности установки заготовок компенсацией несовершенства технологической базы
2.5. Разработка методов обеспечения точности при базировании заготовки по скрытым базам
Выводы и результаты по п
3. Исследование закономерностей образования периодической погрешности обработки (на примере волнистости)
3.1. Характер периодических погрешностей обработки в зависимости от времени появления
3.2. Исследование механики образования траектории относительного движения заготовки и инструмента
3.3. Перенос траектории движения заготовки и инструмента на обрабатываемую поверхность
3.4. Уравнение волнистой поверхности в общем виде
3.5. Исследование механизма образования волн. Явление
перерезания волн
$ 3.6. Исследование волнистости при многопроходных, многооборотных
схемах обработки
3.7. Исследование влияния параметров технологической системы ЗИПС
3.8. Влияние режимов обработки и характеристики режущего инструмента
3.9. Роль технологической наследственности в волнообразовании
3.10. Явления, сопутствующие процесс волнообразования
3.11. Системный подход к анализу механизма волнообразования
Выводы и результаты по п.З
Разработка моделей совершенствования процесса формообразования поверхностей (пути уменьшения периодической слагаемой 111Ю)
4.1. Выбор способа механической обработки
4.2. Комментарии к реализации алгоритма выбора технологического процесса и обеспечения заданной волнистости
4.3. Прогнозирование ожидаемой волнистости
4.4. Поиск путей уменьшения высоты волнистости
4.5. Метод управления траекторией относительного движения заготовки
и инструмента
4.6. Деформирование траектории относительного движения заготовки и инструмента
4.7. Удаление 111Ю в виде заусенцев
4.8. Разработка методов контроля ППО
4.9. Сборка с учетом отклонений размеров и форм поверхностей
Выводы и результаты по п
Общие выводы и результаты работы
Библиографический список
В диссертации рассматриваются вопросы, связанные с решением проблемы технологического обеспечения точности и качества поверхностного слоя деталей машин путем управления периодическими погрешностями обработки (волнистостью, огранкой, овальностью).
Актуальность темы. На поверхности заготовки при механической обработке, в частности, при абразивной обработке шлифованием образуются периодические погрешности обработки (ППО) в виде волнистости, шаг которой превышает базовую длину шероховатости. Волнистость при увеличении шага может плавно переходить в огранку и овальность, между которыми часто нет физической разницы. Волнистость относят к параметрам качества поверхностного слоя, огранку, овальность - к параметрам точности формы. Положение поверхности относительно детали и ее конструкторских баз характеризуется погрешностью расположения. Погрешность расположения входит также в постоянную слагаемую ППО.
Все названные погрешности обработки отрицательно влияют на эксплуатационные свойства деталей машин и соединений (износостойкость, малошум-ность, точность движений, плавность хода и др.), что приводит к уменьшению надежности машин, к снижению конкурентоспособности выпускаемой продукции.
Анализ научно-технической информации показал, что природа, механизм образования ППО изучены недостаточно, не сформирован общий подход к разработке технологических операций и процессов, обеспечивающих допустимый уровень ППО.
В связи со сказанным, безусловно, актуальными являются исследования и разработки, направленные на решение задач технологического обеспечения точности и качества поверхностного слоя с помощью уменьшения ППО.
Цель работы. Обеспечение и дальнейшее повышение точности, качества поверхностного слоя деталей машин.
Объект исследования. Технологическая система: заготовка - инструмент — приспособление - станок (ЗИПС), в частности, шлифовальных операций; технологические методы, с помощью которых возможно управлять ППО - волнистостью, огранкой и овальностью деталей клапанов ДВС, подшипников качения, металлорежущих станков, взлетно-посадочных устройств самолетов.
Методы исследования. Методологической основой работы является системный подход к изучению и описанию процессов, происходящих при взаимодействии поверхностей в процессе обработки деталей, контроле и сборке соединений, при их функционировании; теория базирования, теоретические основы технологического обеспечения эксплуатационных свойств деталей машин и соединений; теория контактного взаимодействия поверхностей деталей; теория упругости; теория колебаний; использование аппарата дифференциального и интегрального исчисления, геометрического, кинематического и динамического моделирования.
Экспериментальные исследования выполнены на образцах, натурных деталях и соединениях, реальных технологических системах, как в лабораторных,
будет не соответствовать техническим требованиям. Так, объемная анизотропия наблюдается в отливках с периодическими ребрами жесткости. В местах расположения ребер и между ними вследствие разницы температурных деформаций происходит неравномерное по всему объему коробление заготовки. Запланированные правильные геометрические формы искажены в рамках всего объема. Плоская анизотропия бывает у заготовок типа шкивов, зубчатые колес и аналогичных тел вращения, имеющих ребра в виде спиц. После остывания на наружной поверхности вращения обнаруживается геометрическая неравномерность формы в виде огранки, волнистости, шаг которой равен шагу расположения спиц. Минимальный радиус наружной поверхности соответствует сечению плоскости симметрии спицы. Объясняется это разностью усадки материала в разных сечениях. Остывающий и уменьшающийся металл в плоскости ребер тянет за собой металл, расположенный на периферии обода. Металл между ребрами жесткости свободен, не имеет связи с центральной зоной. Аналогичная картина наблюдается при изготовлении отливок деталей коробчатой формы с внутренними либо наружными ребрами жесткости. На плоскости заготовки, под которой есть ребра, после остывания также образуется периодическая геометрическая анизотропия в виде волнистости. Поковки в штампах, штамповки валов с продольной плоскостью разъема, имеет вместо круглой овальную форму поперечного сечения. Это обусловлено обеспечением наибольшей технологичности их изготовления: наилучшие условия течения металла, разъема штампа и т.д. В этом случае число волн равно двум. При листовой штамповке, высадке нередко образуются периодические наружные и внутренние гофры с несколькими волнами, как результат потери устойчивости тонкостенных зон материала заготовки.
По критерию «масштабного уровня» различают макроскопическую, микроскопическую и субмикроскопическую анизотропии. Макроскопическая предусматривает рассмотрение изменения свойств в размерах всего объема либо части заготовки. Микроскопическая рассматривается в объемах кристаллов, зерен с помощью оптического или электронного микроскопа. Субмикроскопическая анизотропия анализируется соответственно в объемах, равных размерам кристаллической решетки вещества и более мелких.
По критерию по “объему” различают единичную и множественную анизотропии. Единичная изучается на заготовке либо детали в единичном, множественная - на нескольких заготовках, например, партии их.
По критерию «закономерности деформаций» различают детерминированную и стохастическую анизотропию. Детерминированная, т.е. закономерная анизотропия, может быть с периодическими и апериодическими изменениями каких либо свойств. При стохастической анизотропии неравномерность свойств носит случайный характер.
В зависимости от состояния механической системы при рассмотрении процессов в системе ЗИПС могут быть использованы соответственно следующие факторы: силы, деформации, массы, сопротивления, упругости, траектории и скорость движения.