Обеспечение качества поверхностного слоя миниатюрных деталей и повышение производительности алмазного микровыглаживания на основе динамической стабилизации процесса тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Плотников, Александр Афанасьевич

• Плотников, Александр Афанасьевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Плотников, Александр Афанасьевич

ВВЕДЕНИЕ.

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ.

1.1 Алмазное микровыглаживание.

1.2 Назначение и области применения алмазного микровыглаживания.

1.3 Ограничения в применении алмазного микровыглаживания.

1.4 Преимущества применения алмазного микровыглаживания.

1.5 Экономическая эффективность алмазного микровыглаживания.

1.6 Выводы, цели и задачи исследования.

2 МЕТОДИЧЕСКОЕ И МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1 Аналитические методы исследований и разработка комплексного технологического критерия.

2.2 Экспериментальные методы исследований.

2.2.1 Математическое моделирование на основе некомпозиционных планов второго порядка с использованием метода наименьших квадратов.

2.2.2 Методика исследований износа алмазных микровыглаживателей и математическая обработка результатов экспериментов.

2.3 Оборудование, инструменты и образцы для проведения исследований.

2.4 Выводы но главе.

3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КРИТЕРИЯ, ОПРЕДЕЛЯЮЩЕГО УСЛОВИИ СТАБИЛЬНОГО ПОЛУЧЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ

• НАИБОЛЬШЕЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ АЛМАЗНОГО Ml 1КРОВЫГЛАЖИВАНИЯ МИНИАТЮРНЫХ ДЕТАЛЕЙ.

3.1 Особенности технологии алмазного микровыглаживания миниатюрных деталей.

3.1.1 Характеристика миниатюрных и маложестких деталей.

3.1.2 Характеристика технологии алмазного микровыглаживания.

3.1.3 Выводы.

3.2 Теоретическое обоснование технологического обеспечения качества и производительности при алмазном .микровыглаживании миниатюрных

1 деталей на основе комплексного критерия.

3.2.1 Определение условий возникновения колебаний при алмазном микровыглаживании.

3.2.2 Определение условия динамической устойчивости алмазного микровыглаживания.

3.2.3 Условия стабильного обеспечения качества поверхностного слоя при наибольшей производительности алмазного микровыглаживания по комплексному технологическому критерию.

3.2.4 Выводы.

3.3 Выводы по главе.Г.

4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ МИНИАТЮРНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПРИ НАИБОЛЬШЕЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОБРАБОТКИ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО КРИТЕРИЯ.

4.1 Качество поверхности при применении комплексного критерия.

4.1.1 Шероховатость микровыглаженной поверхности.

4.1.1.1 Зависимость шероховатости от силы микровыглаживания.

4.1.1.2 Зависимость шероховатости от подачи микровыглаживания.

4.1.2 Микротвердость микровыглаженной поверхности.

4.1.2.1 Зависимость микротвердости от силы микровыглаживания.

4.1.2.2 Зависимость микротвердости от подачи микровыглаживания.

4.1.2.3 Изменение микротвердости по глубине упрочненного поверхностного слоя.

4.1.3 Обеспечение точности и волнистости.

4.1.4 Выводы.

4.2 Обеспечение качества поверхностного слоя миниатюрных деталей при наибольшей производительности алмазного микровыглаживания при износе инструмента.

4.2.1 Износ алмазных микровыглаживателей в процессе микровыглаживания

4.2.1.1 Зависимость площади пятна контакта и контактного давления от длины пути трения при алмазном микровыглаживании сталей и цветных сплавов.

4.2.1.2 Выводы.

4.2.2 Исследование износа алмазных микровыглаживателей.

4.2.2.1 Общие положения о влиянии свойств обрабатываемых материалов на износ алмазных микровыглаживателей.

4.2.2.2 Исследование износостойкости от длины пути трения.

4.2.2.2.1 Исследование зависимости площади пятна контакта F от длины пути трения LM, (F=fi (L*)).

4.2.2.2.2 Исследование зависимости интенсивности износа алмазных микровыглаживателей dF/dLM от длины пути трения LM, (dF/dLM =h(Ud).

4.2.2.2.3 Исследование зависимости износостойкости алмазных микровыглаживателей Им от длины пути трения LM, (Им -A(LJ).

4.2.2.2.4 Выводы.

4.2.3 Исследование качества поверхности в зависимости от состояния инструмента.

4.2.3.1 Зависимость сглаживания поверхности от длины пути трения алмазного микровыглаживателя.

4.2.3.2 Зависимость упрочнения поверхности от длины пути трения алмазного микровыглаживателя.

4.2.4 Выводы.

4.3 Выводы по главе.

5 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1 Технология производительной комбинированной обработки с применением алмазного микровыглаживания.

5.2 Методика расчета табличных значений производительных технологических режимов алмазного микровыглаживания для обеспечения показателей качества поверхностного слоя.

5.3 Табличные значения производительных технологических режимов алмазного микровыглаживания для обеспечения качества миниатюрных деталей.

5.4 Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обеспечение качества поверхностного слоя миниатюрных деталей и повышение производительности алмазного микровыглаживания на основе динамической стабилизации процесса»

Для обеспечения высокого качества обрабатываемых деталей на финишных операциях в качестве отделочно-упрочняющей обработки на практике часто применяют различные методы, с помощью которых обеспечивают как высокие классы шероховатости поверхностей (абразивные методы обработки - шлифование, полирование, доводка и т.д.), так и их упрочнение (термические и химико-термические методы упрочнения). Эти операции энергоёмки, связаны с дополнительными затратами, неблагоприятны в экологическом отношении. При этом, например, в процессе термического и химико-термического упрочнения происходит деформация, приводящая к изменению формы и размеров деталей. Это приводит к значительным погрешностям размеров сопрягаемых поверхностей деталей и т.д.

Применение отделочно-упрочняющей обработки, осуществляемой методами поверхностного пластического деформирования (ППД), является наиболее эффективным и перспективным. Одним из способов обработки методами ППД является процесс выглаживания. Его применение обеспечивает на финишных операциях механической обработки деталей высокий класс шероховатости и упрочнение поверхностного слоя.

Одним из наиболее эффективных способов отделочно-упрочняющей обработки ППД является процесс выглаживания. Наиболее широкое распространение получило алмазное выглаживание. В качестве выглаживающего инструмента при реализации процесса применяются природные и синтетические алмазы, а также твердые сплавы, быстрорежущая сталь и минералокерамика. Удачное сочетание физико-механических и химических свойств алмаза (высокая твёрдость, низкий коэффициент трения по металлу, высокая теплопроводность, малая способность к упругому деформированию, неокисляемость, отсутствие эффекта адгезии при обработке абсолютного большинства металлов и сплавов) даёт возможность получать поверхности обрабатываемых деталей высокого качества.

Однако применение процесса алмазного выглаживания ограничено и не может быть распространено на обширную группу миниатюрных деталей в отечественном авиационно-космическом, химическом приборостроении, а также в некоторых отраслях общего машиностроения. Такие детали типа осей, штифтов, втулок и стоек имеют малые диаметральные и длинновые размеры, могут иметь тонкие стенки, галтели малых радиусов и небольшую жесткость. Для реализации процесса алмазного выглаживания используются инструменты, имеющие такую геометрию и размеры рабочих частей, которые не позволяют осуществлять их контакт с поверхностью миниатюрной детали. Например, рабочая часть стандартного наконечника для алмазного выглаживания имеет самый малый радиус 0,5 мм, в то время как миниатюрные детали имеют галтельные переходы не более 0,1 мм. Кроме того, технологические параметры процесса алмазного выглаживания, например, сила выглаживания не соответствуют жесткости миниатюрных деталей. При алмазном выглаживании деталь подвергается со стороны инструмента силовому воздействию, которое недопустимо для миниатюрных деталей. В связи с этим возникает необходимость изыскания и применения на финишных операциях отделочно-упрочняющей обработки миниатюрных деталей способа по методу поверхностно-пластического деформирования, не имеющего указанных выше ограничений.

Таким способом является алмазное микровыглаживание, которое наиболее эффективно при отделочно-упрочняющей обработке миниатюрных деталей. Сущность алмазного микровыглаживания заключается в упруго-пластическом деформировании поверхностного слоя миниатюрной детали инструментом (алмазным микровыглаживателем) при взаимном перемещении инструмента и детали относительно друг друга. Способ основан на использовании трения скольжения в результате перемещения инструмента по поверхности обрабатываемой детали. В качестве сверхтвердого материала в микровыглаживающем инструменте применен синтетический алмаз. Предварительные исследования показали, что в процессе алмазного микровыглаживания происходит значительное сглаживание шероховатости и упрочнение поверхностного слоя. Процесс легко реализуется на финишных операциях отделочно упрочняющей обработки миниатюрных деталей, не требует высокой квалификации исполнителей и дорогостоящего оборудования. Наконечники для алмазного микровыглаживания имеют малые габариты и небольшие радиусы рабочих частей 0,7 - 0,1 мм. Благодаря этому они могут обрабатывать поверхности малых диаметральных и длинновых размеров, легко вписываются в малые галтельные переходы. Технологические режимы алмазного микровыглаживания таковы, что миниатюрная и маложесткая деталь в процессе обработки испытывает силовое воздействие не превышающее ее жесткость. Применяемые силы микровыглаживания достаточно малы и позволяют производить микровыглаживание не повреждая миниатюрную деталь. Предварительные исследования показали, что алмазные микровыглаживатели в процессе микровыглаживания обеспечивают достаточно высокое качество обрабатываемых поверхностей и повышение производительности обработки. Они подтверждают успешное применение алмазного микровыглаживания на финишных операциях отделочно-упрочняющей обработки миниатюрных деталей. Технология обработки деталей приобретает высокую эффективность при совмещении микровыглаживания с резанием.

Миниатюрные детали приборов, подвергнутые алмазному микровыглаживанию впервые приобретают новое качество, на их поверхностях не только сглаживается шероховатость, но и упрочняется поверхностный слой, что положительно влияет на эксплуатационные характеристики изделий. Дальнейшие работы по совершенствованию процесса алмазного микровыглаживания в направлении обеспечения качества и производительности обработки миниатюрных деталей позволят расширить область его эффективного применения.

Широкое внедрение алмазного микровыглаживания в промышленное производство сдерживается относительной новизной способа, малым количеством литературных данных, не налаженным производством инструмента и отсутствием ряда рекомендаций, руководящих материалов и нормалей по оптимальным режимам проведения процесса.

Несмотря на внешнюю простоту процесса алмазного микровыглаживания, в некоторых случаях его реализация в производственных условиях вызывает трудности, препятствующие успешному и эффективному применению данного способа.

Прежде всего, необходимо отметить случаи появления вибраций, особенно при микровыглаживании поверхностей деталей предварительно проточенных, отсутствие данных об оптимальном выборе технологических режимов обработки, обеспечивающих заданное качество поверхности, сохранении работоспособности инструментов на заданных режимах. Решение данных проблем требует проведения соответствующих теоретических и экспериментальных исследований.

Таким образом, суть проблемы технологического обеспечения качества и производительности обработки миниатюрных деталей на финишных операциях алмазного микровыглаживания заключается в явной недостаточности имеющихся знаний о процессе алмазного микровыглаживания.

На основе проведенных исследований разработаны научно-обоснованные технологические условия стабильного обеспечения заданного качества поверхностного слоя миниатюрных деталей и повышения производительности алмазного микровыглаживания, в том числе:

- установлены наследственные факторы, вызывающие колебания технологической системы при алмазном микровыглаживании;

- определена интенсивность изменения напряжений в зоне деформирования при микровыглаживании миниатюрных деталей;

- получена математическая зависимость частоты вынужденных колебаний аймачного микровыглаживателя от соотношения подач при точении и алмазном микровыглаживании;

- установлены аналитические зависимости критических параметров алмазного микровыглаживания от значений подач при предварительном точении.

Впервые разработан, исследован и применен на практике новый способ отделочно-упрочняющей обработки по методу поверхностного пластического деформирования - алмазное микровыглаживание. Существенно расширена область применения ППД и распространена на новый класс деталей - миниатюрные детали из сталей и цветных сплавов.

Получены новые знания о процессах и закономерностях протекания упруго-пластического деформирования в системах малого объема.

Дано обоснование возможности применения алмазного микровыглаживания для отделочно-упрочняющей обработки миниатюрных деталей. Исследованы параметры качества обрабатываемых поверхностей. Установлены связи технологических факторов и состояния поверхностного слоя при алмазном микровыглаживании. Исследованы динамические характеристики процесса. Разработан метод комбинированной обработки поверхностей миниатюрных деталей, имеющих галтельные переходы, совмещающий резание и микровыглаживание, защищенный авторским свидетельством (А. с. 1013238). Установлены закономерности протекания процессов износа алмазного инструмента в процессе трения. Разработаны оригинальные методики, в том числе способ определения пятна контакта выглаживающего инструмента с деталью, защищенный авторским свидетельством (А. с. 564576). На всероссийской выставке в г. Тольятти по результатам работы по микровыглаживанию присужден диплом III степени.

В настоящее время в отечественной промышленности изготовляется значительное количество миниатюрных деталей приборов и механизмов. В связи с этим создание, исследование и внедрение новых высокоэффективных методов обработки миниатюрных деталей приборов и механизмов, таких как алмазное микровыглаживание, технологическое обеспечение повышение качества и эффективности обработки по данному способу на финишных операциях является весьма актуальным.

Результаты проведенных исследований в сфере технологического обеспечения качества и производительности обработки миниатюрных деталей из сталей и цветных сплавов на финишной операции алмазного микровыглаживания расширяют область как теоретических, так и практических знаний о процессах поверхностного пластического деформирования.

Работа, выполненная по данной теме, создает хорошую теоретическую и практическую базу для дальнейшего развития процессов алмазного микровыглаживания. Следует ожидать, что в ближайшем будущем исследования по данной теме будут продолжены и дадут возможность сделать процесс алмазного микровыглаживания адаптивно управляемым, позволят управлять качеством обрабатываемых поверхностей регулированием кривизны рабочего профиля инструмента, а также будут предложены новые методы алмазного микровыглаживания с новыми технологическими возможностями как, например, плосковершинное микровыглаживание.

Практическое применение результатов работы повышает качество и эффективности изготовления деталей приборов и 'механизмов даёт большую экономию и прибыль как промышленному производству, так и эксплуатирующим выпускаемую продукцию отраслям, а именно: позволяет сократить технологический цикл обработки, снизить трудовые и материальные затраты на производство, а также увеличить надёжность и долговечность приборов и механизмов, снизить расходы на их ремонт, уменьшить потребность в запасных частях и т. д.

Анализ информационных источников показывает, что имеются результаты предварительные исследования процесса алмазного микровыглаживания, так или иначе связанных с выбранной темой исследований. Например, проведены исследования качества микровыглаженных поверхностей. Частично исследованы такие явления, как сглаживание, упрочнение и остаточные напряжения в поверхностном слое подвергнутых микровыглаживанию деталей. Описаны некоторые динамические процессы при микровыглаживании. Разработана технология микровыглаживания некоторых отдельных миниатюрных деталей из легированных и конструкционных сталей, а также цветных сплавов. Сконструированы инструменты и оснастка для микровыглаживания наружных гладких цилиндрических (в том числе конических и фасонных), а также торцевых поверхностей и галтельных переходов миниатюрных деталей типа осей, валов, штифтов и втулок. Однако опубликованных работ по дайной теме недостаточно для широкого применения процесса алмазного микровыглаживания.

Имеющиеся немногочисленные опубликованные результаты работы, касающиеся темы технологического обеспечения качества и производительности процесса алмазного микровыглаживания, являются базой дальнейшего развития исследований в этом направлении.

Из анализа состояния вопроса поставлена цель работы по данной теме исследования, которой является технологическое обеспечение заданного качества поверхностного слоя (КПС) миниатюрных деталей при повышении призводительности алмазного микровыглаживания (АМВ) на основе динамической стабилизации процесса.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи.

1. Выполнить анализ особенностей технологии алмазного микровыглаживания миниатюрных деталей.

2. Определить условия возникновения колебаний при алмазном микровыглаживании.

3. Определить колебания алмазного микровыглаживателя при алмазном микровыглаживании.

4. Определить условия динамической устойчивости процесса алмазного микровыглаживания.

5. Разработать комплексный технологический критерий обеспечения качества поверхностного слоя миниатюрных деталей при наибольшей производительности алмазного микровыглаживания.

6. Для применения алмазного микровыглаживания в производстве создать:

- алгоритм расчета значений производительных технологических режимов алмазного микровыглаживания миниатюрных деталей;

- таблицы показателей качества поверхностного слоя миниатюрных деталей и технологических режимов алмазного микровыглаживания;

- комбинированная обработка миниатюрных деталей с применением АМВ.

7. Технологическое обеспечение КПС миниатюрных деталей при наибольшей производительности АМВ применить в условиях производства.

Решение поставленных задач будет способствовать активному внедрению алмазного микровыглаживаиия в промышленности и позволит расширить наши представления о сущности процесса, его технологических возможностях и создаст предпосылки для его дальнейшего научного и практического развития.

В соответствии с формулировкой выбранной темы объектом исследования является процесс алмазного микровыглаживания, выступающий в данном случае как общая категория научных изысканий и включающий в себя систему закономерностей, связей и отношений явлений процесса, в пределах которого существует и обозначена исследуемая проблема.

Предметом исследования является технологическое обеспечение заданного качества поверхностного слоя миниатюрных деталей из сталей и цветных сплавов и повышения производительности обработки на финишной операции алмазного микровыглаживания, являющееся частью объекта исследования и ограниченного конкретными логическими границами, в пределах которых также существует и выделена исследуемая нами проблема.

Методологической и теоретической основой исследований по выбранной теме являются труды отечественных и зарубежных авторов в области процессов поверхностного пластического деформирования. В первую очередь использованы фундаментальные работы по исследованию основных методов ППД таких известных отечественных исследователей, как Ю.Г. Шнейдер, В.М.Смелянский, Э.Г. Грановский, В.М.Торбило, Л.Г. Одинцов, а также таких зарубежных авторов, как В.П.Пшибыльский и других. Большую пользу в подготовке проведения и выполнении исследования по выбранной теме принесли работы отечественных авторов также успешно развивавших теорию процессов ППД в частности алмазного выглаживания, таких как Е.А. Евсин, А.Г.Мосталыгин и другие-;

При проведении исследования как теоретических, так и экспериментальных использованы математические методы планирования и обработки результатов. При исследовании динамических процессов использован графо-аналитический метод. При построении математических моделей показателей качества использованы статистические методы планирования - полный факторный эксперимент второго порядка с регрессионным анализом. При выводе уравнений ряда исследуемых зависимостей использован метод наименьших квадратов.

В качестве основных информационных источников при проведении исследования по выбранной теме использованы как монографии отдельных авторов, так и сборники научных трудов, журнальные статьи и тезисы научно-практических конференций. Активно использованы отчеты о научно-исследовательских и хоздоговорных работах по данной и родственной тематике.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

На основе проведенных исследований разработаны научно-обоснованные технологические условия стабильного обеспечения заданного качества поверхностного слоя миниатюрных деталей и повышения производительности алмазного микровыглаживания, в том числе:

- установлены наследственные факторы, вызывающие колебания технологической системы при алмазном микровыглаживании;

- определена интенсивность изменения напряжений в зоне деформирования при микровыглаживании миниатюрных деталей;

- получена математическая зависимость частоты вынужденных колебаний алмазного микровыглаживателя от соотношения подач при точении и алмазном микровыглаживании; установлены аналитические зависимости критических параметров алмазного микровыглаживания от значений подач при предварительном точении.

При проведении исследования по данной теме использованы данные из других областей знаний. Так при исследовании динамических процессов при алмазном микровыглаживании применена теория колебаний. При выводе математических уравнений частоты колебаний системы использована программа Matrixer, взятая из экономической теории, где она применяется в математическом моделировании экономических процессов.

Таким образом, в целом результаты выполненного исследования по данной теме решают не только конкретные научные и производственные задачи, но и способствуют 0601 ащению наших представлений об окружающем мире.

По результатам выполненного исследования разработаны операционные технологии безабразивной обработки деталей приборов и использованы в серийном производстве деталей авиационных приборов в цехах ПНППК (Пермская научно-производственная приборостроительная компания).

Результаты исследований также могут быть использованы в механической обработке при производстве миниатюрных деталей в химическом машиностроении, некоторых предприятиях обшсго машиностроения. Они могут быть основой новых прогрессивных и экологически чистых технологий механической обработки. Полученные результаты расчета массивов табличных значений режимов алмазного микровыглаживания и методика их расчета могут служить базой для создания нормалей и стандартов на режимы отделочно-упрочняющей обработки миниатюрных деталей в указанных выше отраслях промышленности, в том числе и в авиационно-космическом приборостроении.

В Пермском техническом университете в течение ряда лет результаты исследования активно использовались в учебном процессе в дипломном и курсовом проектировании. В дальнейшем они могут быть использованы при разработке новых курсов и лабораторных работ в специальностях, связанных с технологией машиностроения.

Разработанные при проведении оригинальные методики исследований, как и сами результаты, хорошо адаптированы к лабораторным и производственным условиям, поэтому могут быть успешно использованы при выполнении планируемых научно-исследовательских и хоздоговорных работ, как в условиях лабораторных исследований, так и в условиях производства.

Основные положения и результаты диссертационной работы практически проверены в условиях серийного производства в цехах Пермской научно-производственной приборостроительной компании.

Внедрение результатов работы в производство позволило повысить качество и производительность обработки миниатюрных и маложёстких деталей более экономичными и производительными способами по сравнению с существующими. Экономический эффект от внедрения результатов работы в цехах ПНПК составил более 100 ООО рублей. Алмазным микровыглаживанием обеспечены на обрабатываемых поверхностях высота микронеровностей Ri в пределах от 0,06 до 0,16 мкм и упрочнение поверхностного слоя от 25 до 40% при толщине упрочнённого слоя от 0,01 до 0,03 мм."

В Пермском техническом университете в течение ряда лет результаты исследования активно использовались в учебном процессе в дипломном и курсовом проектировании. С использованием данной тематики выполнено около 10 исследовательских дипломных работ.

Результаты исследований по данной теме опубликованы в 40 печатных работах в сборниках и вестниках научных работ, в журнале «Нефтяное и химическое машиностроение», в информационных и рекламных листках, доложены на 11 межвузовских, областных и республиканских конференциях. Получены 2 авторских свидетельства и диплом на всероссийской выставке в г. Тольятти.

На защиту выносятся следующие базисные положения.

1. Теоретические предпосылки процесса алмазного микровыглаживания миниатюрных деталей с анализом особенностей алмазного микровыглаживания и миниатюрных деталей. При этом рассматриваются кинематика процесса и основные способы алмазного микровыглаживания и комбинированная обработка в том числе.

2. Обеспечение и прогнозирование качества миниатюрных деталей, работоспособности инструмента, производительности процесса алмазного микровыглаживания с теоретическим исследованием и расчетами напряжений неравномерного нагружения при алмазном микровыглаживании, динамическими расчетами частот вынужденных и собственных колебаний и выводом условия динамической стабильности процесса.

3. Технологическое обеспечение качества и производительности обработки миниатюрных деталей из сталей и цветных сплавов с результатами экспериментальных исследований интенсивности износа и износостойкости алмазных микровыглаживателей, качества поверхностей в зависимости от состояния инструмента и технологических параметров процесса.

4. Практическая значимость технологического обеспечения качества и производительности обработки миниатюрных деталей с рекомендациями по практическому применению.

Работа состоит из введения, пяти глав основного текста, заключения, списка использованных источников из 82 наименований и приложений. Общий объем работы 180 страниц, включая 50 рисунков и 31 таблицу.

Логически диссертационная работа построена следующим образом.

В первой главе, являющейся постановочной на основе анализа состояния вопроса сформулирована цель исследования и определены его конкретные задачи.

Во второй главе приведены методики аналитических и экспериментальных исследований, необходимые и использованные в теоретической и экспериментальной части работы.

Третья глава является теоретической и здесь представлены результаты и анализ теоретических исследований процесса алмазного микровыглаживания. Здесь создана необходимая теоретическая база выполняемого исследования.

Экспериментальная часть работы представлена в четвертой главе, где приведены результаты экспериментальных исследований по заданной теме, выполненные в соответствии с методическим обеспечением, представленным в предыдущей главе.

Пятая глава является логическим завершением предыдущих четырех и посвящена практической значимости результатов исследований.

Каждая глава завершается выводами, общими для данной главы. Кроме того, внутри глав после выполнения каждого конкретного этапа работы логически завершенного даны промежуточные выводы, способствующие логической стройности и завершенности всей работы в целом.

Работа завершается заключением, подводящим итог всей работы.

Автор выражает глубокую благодарность своему научному консультанту д-ру техн. наук, профессору Макарову Владимиру Федоровичу за его существенную помощь в успешном завершении данной работы.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Плотников, Александр Афанасьевич

5.4 Выводы

В результате теоретических и экспериментальных исследований разработано технологическое обеспечение качества и производительности алмазного микровыглаживания на основе динамической стабилизации процесса.

Для практического применения разработана и внедрена технология производительной комбинированной обработки с применением алмазного микровыглаживания.

В результате исследований качества поверхностей миниатюрных деталей после алмазного микровыглаживания установлена взаимосвязь между показателями качества микровыглаженных поверхностей микротвердостью HVjo и шероховатостью с одной стороны и основными технологическими параметрами процесса - силой микровыглаживания FMhk, продольной подачей 5МИк, частотой вращения детали N с другой стороны.

Предложено по полученным математическим моделям производить расчет табличных значений показателей качества и основных технологических режимов их обеспечивающих.

Разработаны алгоритм и методика расчета таких таблиц. Созданы программы расчета показателей качества для ПЭВМ. Выполнены и сами расчеты, с помощью которых созданы таблицы показателей качества и основных технологических режимов. Данные программы и таблицы являются руководящими материалами по подбору производительных режимов алмазного микровыглаживания на финишных операциях обработки миниатюрных деталей и обеспечивают повышение их качества и производительности обработки.

Полученные материалы в дальнейшем могут быть использованы при разработке нормативов и стандартов на технологические режимы финишной обработки с применением алмазного микровыглаживания в прогрессивных технологиях безабразивной механической обработки миниатюрных деталей в приборостроении и общем машиностроении.

Результаты данной работы успешно опробованы в производственных условиях в Пермской научно-производственной приборостроительной компании (ПНППК) и дали положительный эффект.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Решена производственная проблема - достигнуто снижение себестоимости производства за счет уменьшения трудоемкости обработки миниатюрных деталей на базе технологического обеспечения качества поверхностного слоя миниатюрных деталей и повышения производительности алмазного микровыглаживания на основе динамической стабилизации процесса.

2. Решена научная проблема и достигнута цель исследования — разработано научное обоснование стабильного технологического обеспечения качества поверхностного слоя миниатюрных деталей при наибольшей производительности алмазного микровыглаживания на основе динамической стабилизации процесса, для этого:

- выполнен анализ особенностей технологии алмазного микровыглаживания миниатюрных деталей и определены условия возникновения колебаний;

- определены колебания алмазного микровыглаживателя при алмазном микровыглаживании миниатюрных деталей;

- определены условия динамической устойчивости алмазного микровыглаживания;

- разработан комплексный технологический критерий стабильного обеспечения качества поверхностного слоя миниатюрных деталей при наибольшей производительности алмазного микровыглаживания.

3. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя миниатюрных деталей при наибольшей производительности алмазного микровыглаживания внедрено на приборостроительном предприятии и показало высокую эффективность при обработке миниатюрных деталей авиационных приборов. Разработан алгоритм расчета производительных технологических режимов алмазного микровыглаживания и составлены таблицы показателей качества поверхностного слоя миниатюрных деталей. Создан способ комбинированной обработки с применением алмазного микровыглаживания. Достигнуто снижение трудоемкости обработки миниатюрных деталей типа ось, стойка, втулка, штифт более чем в 2,5 раза, получен рост производительности труда на 202%, увеличен выпуск продукции на одного основного рабочего в 3 раза, получен годовой экономический эффект 89234 рубля.

Результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре «Технология машиностроения» ПГТУ при изучении ряда технологических дисциплин, в курсовом и дипломном проектировании.

4. Применение динамической стабилизации процесса решает задачу технологического обеспечения заданного качества поверхностного слоя миниатюрных деталей и повышения производительности алмазного микровыглаживания не только для внедренных, но и других типов миниатюрных деталей как авиационного приборостроения, так и химического машиностроения.

5. Результаты научного исследования доказали, что технологическое обеспечение заданного качества поверхностного слоя миниатюрных деталей при наибольшей производительности алмазного микровыглаживания - это эффективный путь совершенствования технологических процессов, являющийся основой для дальнейшего изучения и развития следующих направлений:

- создание новых технологий отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием, например, с применением плосковершинного микровыглаживания;

- управление качеством поверхностного слоя обрабатываемых деталей за счет регулирования кривизны рабочего профиля деформирующего инструмента;

- контроль качества поверхностного слоя миниатюрных деталей при алмазном микровыглаживании, например, с применением экспресс-метода контроля остаточных напряжений;

- других предметных областей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Плотников, Александр Афанасьевич, 2005 год

1. Яцснко, В. К. Оценка эффективности алмазного выглаживания деталей ГТД Текст. / В. К. Яценко // Проблемы прочности. 1983. -№ 6 - С. 115-119.

2. Одинцов, Л. Г. Финишная обработка деталей алмазным выглаживанием и вибровыглаживанием Текст. / Л. Г. Одинцов.-М.: Машиностроение, 1981.

3. Хворостухин, Л. А. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением Текст. / Л. А. Хворостухин. — М.: Машиностроение, 1988.

4. Одинцов, Л. Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием Текст. : справочник / Л. Г. Одинцов. М: Машиностроение, 1987.

5. Торбило, В. М. Алмазное выглаживание Текст. / В. М. Торбило. М.: Машиностроение, 1972.— С. 86.

6. Кудрявцев, И. В. Повышение прочности стальных деталей обкаткой роликами Текст. / И. В. Кудрявцев. М.: Машиностроение, 1948.

7. Папшев, Д. Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхности пластическим деформированием Текст. Д. Д. Папшев. М.: Машиностроение, 1978.

8. Балтер, М. А Упрочнение деталей машин Текст. / М. А. Балтер. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1978.

9. Чепа, П. А. Технологические основы упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием Текст. / П. А. Чепа. Мн.: Наука и техника, 1981.

10. Горохов, В. А. Обработка деталей пластическим деформированием Текст. / В. А. Горохов. Киев: Техшка, 1978.

11. Папшев, Д. Д. Упрочнение деталей обкаткой шариками Текст. / Д. Д. Папшев. -М.: Машиностроение, 1968.

12. Теоретические основы процессов поверхностного пластического деформирования Текст. / под ред. В. И. Беляева. Мн.: Наука и техника, 1988. - 194 с. - ISBN 5-343-00387-7.

13. Плотников, А.А. Микровыглаживание Текст. / А. А. Плотников, В.М. Торбило // Вузы РСФСР машиностроению: планшет. - Тольятти: Тольят. политехи, ин-т, 1983. - С. 1.

14. Торбило, В.М. Микровыглаживание Текст. / В. М. Торбило, А. А. Плотников // Машиностроению прогрессивную технологию и высокое качество деталей: тез. докл. научно-практической конференции. - Тольятти: Тольят. политехи, ин-т, 1983. - С. 68.

15. Ляндон, Ю. Н. Функциональная взаимозаменяемость в машиностроении Текст. / Ю. Н. Ляндон. М.: Машиностроение, 1967 г.

16. Кудинов, В. А. Динамика станков Текст. / В. А. Кудинов. — М.: Машиностроение,1967 г.

17. Алмазное микровыглаживание поверхностей маложёстких миниатюрных деталей Текст.: информационный листок № 92-94: Пермский центр научно-технической информации. Пермь: ЦНТИ, 1994. - С. 1-2.

18. Плотников, А.А. Плосковершинное микровыглаживание многоэлементным инструментом Текст. / А. А. Плотников, Г. В. Плотникова // Химическое и нефтяное машиностроение. 1988. - № 1. - С. 29.

19. Плотников, А. А. Расчет частоты вынужденных колебаний алмазного микровыглаживателя Текст. / А. А. Плотников, А. А. Плотникова // Механика и технология материалов и конструкций. Вестник ПГТУ №8. Пермь: ПГТУ, 2004. - С. 218-236. ISBN 588151-432-7.

20. Плотников, А. А. Многоэлементное плосковершинное микровыглаживание Текст. / А. А. Плотников, Г. В. Плотникова // Рекламный реферативный сборник завершенных научных разработок. Пермь: Перм. гос. техн. ун-т, 1993. - С. 127.

21. Плотников, А. А. Алмазное микровыглаживание галтельных переходов Текст. / А. А. Плотников // Механика и технология материалов и конструкций. Вестник ПГТУ №3. — Пермь: ПГТУ, 2000.- С. 94-97. ISBN 5-88151-432-7.

22. А. с. 1201117 СССР, МКИ4 В 24 D 17/00/ /В 24 В 39/00. Способ изготовления абразивного инструмента Текст. / А. А. Плотников, В. М. Торбило, Е. Д. Мокроносов (СССР). -№ 3740317/25-08; заявл. 16.05.84; опубл. 30.12.85, Бюл. № 48. -2с.: ил.

23. А. с. 1530421 СССР, МКИ4 В 24 В 39/00, 39/04. Устройство для чистовой и упрочняющей обработки цилиндрических поверхностей Текст. / А. А. Плотников, Г. В.

24. Плотникова (СССР). -№ 4333236/23-27; заявл. 25.11.87; опубл. 23.12.89, Бюл. № 47. Зс.: ил.

25. А. с. 1393603 СССР, МКИ4 В 24 В 39/04. Инструмент для чистовой упрочняющей обработки деталей выглаживанием Текст. / А. А. Плотников, В. М. Торбило, Е. Д. Мокроносов (СССР). -№ 3740218/25-27; заявл. 08.05.84; опубл. 07.05.88, Бюл. № 17. 2с.: ил.

26. А. с. 1397270 СССР, МКИ4 В 24 D 17/00. Способ овализации абразивного зерна Текст. / А. А. Плотников, Г. В Плотникова (СССР). № 4087237/23-08; заявл. 09.07.86; опубл. 23.05.88, Бюл. № 19. - Зс.: ил.

27. А. с. 1423361 СССР, МКИ4 В 24 D 18/00. Способ изготовления абразивного инструмента Текст. / А. А. Плотников, Г. В. Плотникова (СССР). № 4113364/30-08; заявл. 27.08.86; опубл. 15.09.88, Бюл. № 34. - 4с.: ил.

28. А. с. 1454667 СССР МКИ4 В 24 В 39/00. Способ комбинированной обработки деталей Текст. / А. Г. Вилесова, А. А. Плотников, В. Г. Евсина (СССР). -№ 4278178/25-27; заявл. 06.07.87; опубл. 30.01.89, Бюл. № 4. Зс.: ил.

29. А. с. 1670527 А1 СССР МКИ5 G 01 N 3/58. Способ определения пятна контакта выглаживающего инструмента с деталью Текст. / А. А. Плотников, Г. В. Плотникова (СССР). -№ 4432734/28; заявл. 21.03.88; опубл. 15.08.91, Бюл. № 30. Зс.

30. А. с. 1699761 А1 СССР МКИ5 В 24 В 39/04. Инструмент для поверхностного деформирования Текст. / А. А. Плотников, Г. В. Плотникова (СССР). № 4714308/27; заявл. 31.05.89; опубл. 23.12.91, Бюл. № 47. - 6с.: ил.

31. Кудрявцев, И. В. Влияние структурных факторов и наклёпа на чувствительность сталей и концентраций при циклических нагрузках Текст. / И. В. Кудрявцев, Е. В. Рымынова // Сборник ЦНИИТМАШ. № 5. м.: ЦНИИТМАШ. 1965.

32. Горохов, В. А. Способы отделочно-упрочняющей обработки материалов Текст. / В. А. Горохов, Н. В. Спиридонов. Мн.: УП «Технопринт», 2003. - С. 21. - ISBN 985^64-340-9.

33. Повышение надежности и долговечности авиационных приборов Текст.: отчет о НИР (заключ.): Ф38327/ ПГТУ; рук. В. М. Торбило; исполн. А. А. Плотников. Пермь, 1990 -49 с. — Инв. № 13.

34. Пшибыльский, В. Технология поверхностной пластической обработки Текст.: [пер. с польск.] / В. Пшибыльский. М.: Металлургия, 1991. - С. 24. - ISBN 5-229-00499-1 (РУС.).

35. Дьяконов, В. П. Справочник по расчетам на микрокалькуляторах Текст | / В.П. Дьяконов. 3-е изд., доп. и перераб. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. Лит, 1989. - С. 299.

36. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов Текст. / А.А. Спиридонов. — М.: Машиностроение, 1981. С. 114.

37. Львовский, Е.Н. Статистические методы построения эмпирических формул Текст. / Е. Н. Львовский. М.: Высшая школа, 1988. - С. 239.

38. Джонсон, Н. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке Текст.: методы обработки данных / Н. Джонсон, Ф. Лион. пер. с англ. - М.: Издательство Мир, 1980.-С. 447-501.

39. Гжиров, Р. И. Краткий справочник конструктора Текст. / Р. И. Гжиров Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-е, 1984. - С. 122-148.

40. Погодин-Алексеев, Г. И. Металловедение Текст. / Г. И. Погодин-Алексеев, Ю. А. Геллер, А. Г. Рахштадт. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Оборонгиз, 1956. - С. 7-186.

41. Доценко, В.А. Изнашивание твёрдых тел Текст. / В.А. Доценко. М.: ЦИНТИхимнефтемаш, 1990. - С. 50.

42. Крагельский, И. В. Трение и износ Текст. / И. В. Крагельский. М.: Машгиз,1962.

43. Крагельский, И. В. Теория трения и износа Текст. / И. В. Крагельский, В. С. Щедров, Д. Н. Решетов, А. В. Чичинадзе. М.: Наука, 1965.

44. Политехнический словарь Текст. / А. Ю. Ишлинский [и др.]; гл. ред. акад. А. Ю. Ишлинский. — 2-е изд. М.: Советская Энциклопедия. 1980. — С. 304.

45. Бронштейн, И. Н. Справочник по высшей математике Текст. / И. Н. Бронштейн, К. А. Семендяев. М.: Изд-во «Наука", 1964. - С. 207.

46. Колбасников, Н. Г. Теория обработки металлов давлением. Сопротивление деформации и пластичность Текст. / Н. Г. Колбасников. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000. -С. 83-86.

47. Смирнов, В. С. Теория прокатки Текст. / В. С. Смирнов. М.: Металлургия, 1967. - С. 460.

48. Исаев, А. И. Процесс образования поверхностного слоя при обработке металлов резанием Текст. / Исаев А. И. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1950. - С. 7.

49. Справочник машиностроителя Текст.: в 6-ти т. / С. В. Серенсена [и др.]; под ред. С. В. Серенсена. изд. 3-е, перераб. и доп.-Т. 3. - М., Машгиз, 1963.-С. 350.

50. Разработка технологических процессов отделочно-упрочняющей обработки Текст.: / отчет о НИР (промежуточ.): 01860056130 / ПермПИ; рук. Торбило В. М.; исп.: А. С. Донсков, А. А. Плотников, Е. Ю. Кропоткина. Пермь, 1988. - 151 с. — Инв. № 1.

51. Плотников, А. А. Алмазное микровыглаживание маложестких и миниатюрных деталей Текст.: рекламный реферативный сборник завершенных научных разработок / А. А. Плотников, Е. А. Евсин. Пермь.: Перм. гос. техн. ун-т, 1993. - С. 126.

52. Шнейдер, Ю. Г. Чистовая обработка металлов давлением Текст. / Ю. Г Шнейдер. M.-J1.: Машиностроение, 1963.

53. Крагельский, И. В. Узлы трения машин Текст.: справочник / И. В. Крагельский, М. Михин. — М.: Машиностроение, 1984. С. 280.

54. Торбило, В. М. Расчёт стойкости алмазных выглаживателей Текст. / В. М. Торбило //Алмазы и сверхтвёрдые материалы. 1981. - № 2. - С. 8.

55. Городецкий, А. Е. Взаимодействие алмаза с железом, никелем и механизм эвтектического плавления Текст. / А. Е. Городецкий [и др] // Смачиваемость и поверхностные свойства расплавов и твёрдых тел. Киев: Наукова думка, 1972.

56. Яценко, В. К. Повышение несущей способности деталей машин алмазным выглаживанием Текст. / В. К. Яценко, Г. 3. Зайцев, В. Ф. Притченко, J1. И. Ивщенко. М.: Машиностроение, 1985. - С. 26.

57. Торбило, В. М. Условия неповреждения поверхности деталей при обработке выглаживанием Текст. / В. М. Торбило // Вестник машиностроения. 1976. - № 9. - С. 7477.

58. Плотников, А. А. Основные схемы установки алмазных микровыглаживателей Текст. / А. А. Плотников, Г. В. Плотникова // Механика и технология материалов и конструкций. Вестник ПГТУ №3. Пермь: ПГТУ, 2000. - С. 90-93. - ISBN 5-88151-432-7.

59. Васильев, JI. А. Алмазы, их свойства и применение Текст. / JI. А. Васильев, 3. П. Белых.-М.: Недра, 1983.-С. 15.

60. Абразивная и алмазная обработка материалов Текст.: Справочник / под ред. д-ра техн. наук проф. А.Н. Резникова. М.: Машиностроение, 1977. - С. 17.

61. Грановский, Э. Г. Исследование износостойкости алмазных инструментов для выглаживания Текст. / Э. Г. Грановский // Алмазы. 1969. — № 1.

62. Пивоваров, М. С. Выглаживание деталей инструментом из синтетических алмазов типа баллас Текст. / М. С. Пивоваров, С. Л. Галанчук, А. Н. Голенко [и др.] // Алмазы. -1969. -№ 1.-С. 35-38.

63. Грановский, Э. Г. Исследование чистовой обработки методом пластического деформирования алмазным инструментом Текст.: дис. . канд. техн. наук: 05.02.08 / Грановский Э. Г. Москва, 1970. - с. 220. - КОЗ 1569.

64. Смелянский, В. М. Исследование процесса алмазного выглаживания жестким инструментом Текст.: дис. . канд. техн. наук: 05.02.08 / Смелянский В. М. Москва, 1969. - с. 229. - К006670.

65. Ершов, А. А. Исследование процесса алмазного выглаживания линейчатых винтовых поверхностей вращения Текст.: дис. . канд. техн. наук: 05.02.08 / Ершов А. А. -Москва, 1974. с. 247. - К148254.

66. Мосталыгин, А. Г. Повышение качества наружных цилиндрических поверхностей выглаживанием минералокерамическим инструментом Текст.: дис. . канд. техн. наук: 05.02.08 / Мосталыгин А. Г. Курган, 1984. - с. 167. - 0484 0009685.

67. Евсин, Е. А. Исследование и разработка процесса скоростного алмазного выглаживания закаленных сталей Текст.: дис. . канд. техн. наук: 05.02.08 / Евсин Е. А. -Пермь, 1976.-с. 228.

68. Исследование процессов микровыглаживания маложестких и миниатюрных деталей авиационных приборов Текст.: / отчет о НИР (промежуточ.): Г32925 / ПГТУ; рук. Евсин Е. А.; исп. А. А. Плотников. Пермь, 1994. - 51 с. - Инв. № 27.

69. А. с. 564576 СССР, МКИ2 G 01 N 3/58. Способ определения пятна контакта выглаживающего инструмента с деталью Текст. / Е. А. Евсин (СССР). 1977, Бюл. № 3. -2с.

70. Плотников, А. А. Расчет напряжений неравномерного нагружения при алмазном микровыглаживании Текст. / А. А. Плотников // Механика и технология материалов и конструкций. Вестник ПГТУ № 8. Пермь: ПГТУ, 2004.-С. 51-55. ISBN 5-88151-432-7.

71. Box G. Е. P. Some Uew Three Level for the Study of Quantitative Variables Text. / G. E. P. Box D. W. Behnken. Technometrics - № 4. - 1960. - V.2.