Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

Лопаткіна Наталія Миколаївна

УКД:621.941.23:621.784.4

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЯКОСТІ ВИГОТОВЛЕННЯ ТРАМВАЙНИХ ВІСЕЙ

Спеціальність 05.02.08 “Технологія машинобудування”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2001.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Східноукраїнському національному університеті на кафедрі “Технологія машинобудування”

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент,

Сурнин Юрій Михайлович

завідувач кафедри “Технологія машинобудування” у Східноукраїнському національному університеті,

доктор технічних наук, професор,

Струтинський Василь Борисович,

завідувач кафедри “Конструювання верстатів та машин”

у Національному технічному університеті України

“Київський політехнічний інститут”

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Бондаренко Леонід Іванович, генеральний директор казенного підприємства "Науково-технологічний центр артилерійських озброень", Міністерство промислової політики України (м. Київ).

Кандидат технічних наук, доцент Кирилович Валерій Анатолійович, доцент кафедри "Автоматизації і комп'ютерних технологій" Житомирського інженерно-технологічного інституту, Міністерства освіти і науки України (м. Житомир)

Провідна установа:

кафедра "Технологія машинобудуваня та металорізальні верстати" Національного технічного університету "ХПІ" Міністерства освіти і науки України (м. Харків)

Захист відбудеться 21 січня 2002 р. о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.002.11 при Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ, проспект Перемоги, 37, навчальний корпус №1 ауд 214.

З дисертацією можна ознайомитися у науково-технічній бібліотеці Національного технічного університету Україні “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м. Київ, проспект Перемоги, 37.

Автореферат розісланий “10” грудня 2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук |

Семенов О.В.

ВСТУП

Актуальність теми. Процеси механічної обробки довгомірних деталей відзначаються значною складністю, вимагають складного і різноманітного верстатного обладнання. Як правило, процеси обробки формуються на основі великого обсягу науково-дослідних і дослідно-технологічних робіт та удосконалюються шляхом промислового випробування з уточненням основних параметрів у виробничих умовах.

Для типових довгомірних деталей (тепловозних вісей) розроблені і доведені до високої міри досконалості процеси механічної обробки. Тепловозна вісь має середній діаметр 230 мм при довжині біля 2,0 м і відношення її довжини до діаметра складає не більше ніж 10. У сучасних умовах виникла необхідність зміни номенклатури виробів: виготовляються довгомірні деталі типу трамвайних вісей. Трамвайна вісь має значно меншу жорсткість, її діаметр приблизно вдвічі менший за діаметр тепловозної осі. Відношення довжини до діаметра для трамвайної осі складає біля 20. Використання традиційного процесу механічної обробки для трамвайної осі призводить до незадовільної якості виготовлення, внаслідок чого знижуються експлуатаційні характеристики при тривалих динамічних навантаженнях. Нерідкі випадки браку, поломки виробів в процесі експлуатації.

Тому вирішення проблеми вдосконалення багатостадійного процесу обробки довговимірних деталей типу трамвайних вісей з метою підвищення їх експлуатаційних характеристик є актуальною задачею, розв’язання якої сприятиме розвитку промисловості України, освоєнню випуску нової продукції на машинобудівних підприємствах.

Зв’язок роботи з науковими програмами, темами, планами. Дисертаційна робота виконувалася відповідно до координаційного плану Комітету з питань науки і техніки України з розділу "Машинобудування" (позиція 43) "Високоефективні технологічні процеси машинобудування" на 2000 – 2005 роки.

Мета і задачі дослідження. Підвищення якості обробки трамвайних вісей шляхом цілеспрямованого вдосконалення багатостадійного технологічного процесу виготовлення вісей з врахуванням технологічної спадковості, яка має місце на різних стадіях процесу обробки.

Ця мета визначила постановку та розв'язання таких задач:

1. Обґрунтування напрямку досліджень по результатам аналізу літературних джерел, промислових технологічних розробок та наявного досвіду виготовлення трамвайних вісей.

2. Обґрунтування визначення якості виготовлення трамвайних вісей з використанням нового метода математичного опису геометричних і інших параметрів оброблених поверхонь трамвайної вісі на основі функціональних рядів, складених із спеціальних функцій (гармонічних, гіперболічних, функцій Бесселя).

3. Дослідження технологічного процесу чистової токарної обробки вісі з визначенням особливості процесу та шляхів зниження негативного впливу токарної обробки на наступні вияви факторів технологічної спадковості.

4. Установлення закономірностей процесу зміцнювальної обробки трамвайної вісі з урахуванням технологічної спадковості з попередньою токарною чистовою операцією.

5. Розробка пропозицій щодо комплексного вдосконалення двох стадій (токарної і зміцнювальної) процесу з розробкою спеціальних пристроїв та методик їх використання.

6. Визначення якісних показників процесу фінішної обробки трамвайної вісі у взаємозв'язку з попередніми стадіями процесу. Розробка пропозицій по підвищенню якості обробки трамвайної вісі на фінішній операції.

Об'єктом дослідження є технологічний процес обробки довговимірної деталі типу "трамвайна вісь", яка має низьку жорсткість при згині і тенденцію до виникнення незворотних змін форми геометричної осі заготовки на завершальних стадіях технологічного процесу обробки деталі.

Предметом дослідження є комплексний багатостадійний технологічний процес обробки деталі типу "трамвайна вісь" із урахуванням впливу технологічної спадковості на завершальних стадіях технологічного процесу на якість обробки точних циліндричних поверхонь деталі.

Наукова новизна одержаних результатів.

Розроблено новий метод визначення якості виготовлення трамвайної вісі, який грунтується на використанні нового методу математичного опису геометричних (та інших) параметрів оброблених поверхонь деталей з використанням функціональних рядів, що складаються з гармонічних і спеціальних функцій (гіперболічних, функцій Бесселя). Метод дозволяє описати параметри деталі на всіх ділянках, включаючи галтелі і торцеві поверхні.

Установлено кількісні параметри процесу токарної обробки, які впливають на якість виготовлення трамвайної вісі. Показано, що на стадії токарної обробки ймовірно "з ймовірностью 50–80%" виникнення негативної особливості процесу, яка полягає в специфічному планарному викривленні геометричної осі деталі в області установки люнета. Ця негативна особливість є фактором технологічної спадковості.

Практичне значення одержаних результатів.

Подані конкретні пропозиції щодо підвищення якості виготовлення трамвайних вісей. Розроблені пристрої для визначення викривлення осі та зменшення впливу цього викривлення на якість виготовлення трамвайної осі. Виготовлені та випробовані в промислових умовах дослідні зразки пристроїв. Запропоновані пристрої для додаткового поверхневого зміцнення галтелей на стадії фінішної обробки трамвайних вісей. Застосування вказаних пристроїв суттєво підвищило якість обробки трамвайних вісей.

Апробація роботи. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися і дістали позитивну оцінку на наступних науково-технічних конференціях: на Міжнародній науково-технічної конференції, присвяченій 100 річчю механіко-машинобудівного і 50 річчю зварювального факультетів (Київ – 25 – 28 травня 1998 р.), на 6-й международній науково-методичній конференції “Современные технологии, экономика и экология в промышленности, на транспорте и в сельском хозяйстве” (Алушта, вересень 1999 р.), на II Международной конференции “Прогрессивная техника и технология – 2001 г.” (Киев – Севастополь, 28 июня – 2 июля 2001 р.).

Впровадження результатів роботи здійснено при впровадженні у виробництво трамвайних вісей на Луганському тепловозному заводі, що підтверджується відповідними документами. Підтвердженний економічний ефект від впровадження результатів роботи складає 90 тис. гр. на рік.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 8 статей у фахових виданнях ВАК України, 3 тези наукових конференцій, проведених за участю автора.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, п'яти розділів та висновків. Загальний обсяг роботи 191 стор. тексту, містить 77 ілюстрацій та список літератури із 95 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У першому розділі здійснено огляд стану наукової проблеми обґрунтовано мету і завдання досліджень. Визначені параметри, які впливають на точність обробки деталі. Розглянуто типи використаного обладнання та визначено його вплив на якість обробки. Встановлені характерні особливості обробленої поверхні та методи підвищення якості обробки. На основі огляду наявних матеріалів обґрунтуванні основні напрямки досліджень, мета и завдання роботи.

У другому розділі наведена методика комплексного дослідження багатостадійного процесу механічної обробки довговимірних деталей. Розглянуті основні геометричні параметри трамвайних вісей. Основні поверхні деталі мають жорсткі допуски на розміри (рис.1).

Рис. 1 Розташування полів допусків по довжині трамвайної вісі

Розроблена методика досліджень. Експериментальні дослідження виконано на всіх стадіях процесу обробки. Зокрема, на стадії токарної чистової операції (токарно-гвинторізний верстат ), на стадії зміцнювальної (накатаної) операції (токарно-накатаний верстат КЖ1842) на стадії фінішної обробки. Фінішна обробка включає шліфувальну операцію (верстат 3А104А) та накатку галтелей (токарно-гвинторізний верстат 16К40).

Методика експериментальних досліджень включає виміри параметрів форми деталі після кожної стадії процесу обробки. Використані вимірювальні засоби центральної заводської лабораторії Луганського тепловозобудівного заводу. Виконано аналіз похибок вимірювань шляхом статистичної обробки експериментальних даних. Встановлено, що загальна похибка вимірів не перевищувала 5%.

Здійснено теоретичне обґрунтування математичної обробки експериментальних даних. Для опису макро і мікро геометрії поверхні деталі використано функціональні ряди, що включають спеціальні функції, зокрема, функції Бесселя. Даній метод узагальнено на опис інших параметрів деталі, зокрема, для знаходження аналітичної залежності, яка визначає викривлену вісь деталі. Функціональні ряди застосовані також для опису інших параметрів, таких як динамічне контактне навантаження на кожну точку поверхні деталі при зміцнювальній обробці.

Запропоновані функціональні ряди визначають параметр (відхилення форми поверхні, тощо) в залежності від просторових координат у такому вигляді

де - кількість складових функціональних рядів; , - постійні коефіцієнти, які знаходять при вимірах, - параметри, які залежать від розмірів першого роду нульового порядку. Запропоновані функціональні ряди дозволяють описати всі необхідні геометричні параметри деталі (рис. 2).

Рис. 2 Приклади опису функціональними рядами із спеціальних функцій поздовжнього перерізу деталі () та ограновування контуру вісі по п’яти гранях (б)

У третьому розділі наведено результаті дослідження процесу токарної чистової обробки. Показано вплив геометричних похибок верстата (биття центрів) на формування загальної похибки обробки. Визначено параметри жорсткості пружної системи верстата разом із встановленою в центрах деталлю, а також характеристики розсіяння енергії при деформаціях. При вимірах використовувалося спеціальне устаткування, яке дозволяє реалізувати знакозмінні навантаження на різні елементи пружної системи верстата (рис. 3).

Рис. 3. Схема визначення пружно-дисипативних властивостей технологічної системи при кока рій обробці

У результаті вимірів знайдені загальні характеристики окремих вузлів верстата. Зокрема, параметри жорсткості, коефіцієнти, які визначали петлі гістерезису при знакозмінних навантаженнях у пружній системі верстата (рис.4).

Рис. 4 Характеристики гістерезисних явищ, що мають місце при знакозмінному радіальному навантаженні деталі

Встановлено, що на процес обробки суттєвим чином впливає операція підготовки циліндричної поверхні деталі для встановлення люнета. При цьому в динамічній системі верстата виникають низькочастотні автоколивання, які приводять до утворення хвилястості поверхні пояска під люнет. При подальній обробці поверхонь з використання люнета наявність хвилястості приводить до виникнення статичних і динамічних силових факторів, які негативно впливають на точність обробки.

Визначено показники точності обробленої поверхні деталі по всіх ділянках. У результаті визначена топографія поверхні після токарної операції. Встановлено, що на поверхні деталі наявні регулярні випуклості (рис. 5).

Рис. 5 Полоса випуклостей на розгортці зовнішньої поверхні деталі після чистової токарної обробки з люнетом

Виміряні круглограми оброблених поверхонь були проаналізовані з використанням математичних пакетів. Зокрема, побудовані нелінійні математичні моделі, що описують контури обробленої поверхні, по всіх ділянках. Моделі вибрані у вигляді набору синусоїдних функцій. Розроблені моделі дозволяють, зокрема, достатньо точно визначити геометричний центр перерізу деталі (=1...2 мкм). Геометричне місце центрів перерізів утворює геометричну вісь обробленої деталі (рис. 6).

Рис. 6 Визначена експериментально форма осі деталі після чистової токарної обробки (у прямокутниках вказано радіальне зміщення осі та полярний кут)

Деформація осі деталі після токарної обробки складає 10...30 мкм і є небажаним явищем за своїм негативним впливом на наступні стадії процесу обробки.

Виконана математична обробка експериментальних даних. Форма осі деталі описана функціональними рядами, складенними із спеціальних функцій. Зокрема для опису радіальної координати осі використано відрізок ряду Фур’є виду:

,

где - загальна довжинна деталі ; - коефіцієнти ряду.

Коефіцієнти ряду знайдені за спеціальною методикою. Спочатку за експериментально визначеними точковими значеннями деформації осі виконано згладжування з одержанням аналітичної залежності радіального відхилення осі від поздовжньої координати. Для згладжування використана сплайн-інтерполяція точкових даних. Далі здійснено інтегрування одержаних залежностей і знайдені коефіцієнти ряду Фур'є.

Математичний опис форми осі дав можливість встановити значення кутових параметрів викривлення осі, зокрема, максимальні кути (10//...20//), а також сумарні еквівалентні моменти від дії залишкових напружень поверхневого шару деталі, що виникають у процесі токарної обробки.

У четвертому розділі наведено результати досліджень процесу зміцнювальної обробки з використанням токарно-накатного верстата. Досліджено пружно-дисипативні характеристики верстата, зокрема, пружно-дисипативні характеристики шпиндельного вузла, задньої бабки, супортної групи. Визначені нелінійні параметри жорсткості приводів накатних роликів (рис. 7).

Рис. 7 Пружно дисипативні характеристики токарно-накатного верстата: а - зміщення роликів під дією навантаження; б - апроксимована прямими лініями петля гістерезису шпинделя під час його радіального навантаження

Показано, що процес накатки поверхні деталі є суттєво нестаціонарним і визначається властивостями динамічної моделі токарно-накатного верстата (рис. 8).

Рис. 8 Динамічна модель токарно-накатного верстата

Відповідно до динамічної моделі складена система диференціальних рівнянь яка описує роботу верстата. Із системи рівнянь одержана трансформуюча функція, яка визначає динамічний параметр (зміщення деталі ) залежно від динамічних впливів. Зокрема, силових факторів, що мають місце в контакті деталі з роликом:

Виконано аналіз впливу випадкових відхилень форми ролика та підшипників на коливальні процеси. Для цього задані геометричні похибки ролика і підшипників у вигляді детермінованих та випадкових складових. Детерміновані складові визначені у вигляді полігармонічних функцій, а випадкові складові описані статистичними характеристиками. Зокрема, випадкові збурення, що визначають силу взаємодії ролика і деталі описані у вигляді спектральної густини

,

де параметри , та визначаються формою ролика і деталі.

Знайдено частотні характеристики динамічної системи. Спектральна густина коливань деталі визначена як:

Визначено умови виникнення небажаних резонансних явищ під час токарно-накатної обробки деталі. Резонансні явища мають місце при збігу максимуму спектральної густини збурень із максимумом спектральної густини коливань деталі.

Проведено виміри поверхні деталі після зміцнювальної операції. Зокрема, виявлено, що деталь одержує значне викривлення осі (рис. 9).

Рис. 9 Деформація осі деталі після токарно-накатної операції

Установлено, що викривлення осі повторює викривлення осі після токарної операції але збільшується в багато разів (із 10-30 мкм до 300-600 мкм). Запропоновано підвищити ефективність процесу та якість обробки деталі шляхом введення додаткового процесу правки осі деталі. Для цього розроблено і виготовлено дослідний зразок спеціального вимірно-правильного пристрою (рис. 10).

Рис. 10 Розроблений дослідний зразок вимірно-правильного пристрою: 1 – станина; 2 – опора; 3 – ролик; 4 – вісь; 5 – захват; 6 – важіль; 7 – шпилька; 8 – гідроциліндр; 9 – штатав; 10 – індикатор

Пристрій призначено для виявлення відносного викривлення осі більшого ніж мм та його усунення.

Підтверджено, що застосування розробленого пристрою суттєвим чином підвищує якість обробленої деталі. Деформація осі зменшується в 10-15 разів.

У п’ятому розділі досліджені особливості процесу фінішної обробки довгомірної деталі. Наведено результати вимірів форми зовнішньої поверхні деталі до і після шліфувальної операції. Внаслідок викривлення осі деталі після зміцнювальної (накатної) операції центральні ділянки деталі шліфуються при значному ексцентриситеті циліндричної поверхні відносно осі обертання шпинделя верстата. Це приводить до значної зміни припуску на шліфування по периметру деталі (рис. 11).

Рис. 11 Утворення нерівномірного припуску внаслідок викривлення осі деталі

Нерівномірність припуску приводить до необхідності підвищеного зняття поверхневого шару на окремих (випуклих) ділянках деталі. Таким чином на окремих ділянках знімається суттєва, найбільш якісна частина зміцненого поверхневого шару деталі. Установлено, що дана обставина є основним недоліком традиційного процесу механічної обробки і обладнання для його реалізації. Запропонована раніше методика рихтування осі і розроблений рихтувальний пристрій дає змогу або ліквідувати вказаний вище недолік, або суттєво знизити його негативні наслідки.

Викривлення осі є причиною виникнення нестаціонарних періодичних імпульсних навантажень на деталь. Ці навантаження приводять до небажаних резонансних коливань у динамічній системі верстата при шліфуванні.

Визначені характеристики резонансних режимів. Деталь розглянута як балка з розподіленою масою. Встановлено, що параметри коливань залежать від того, на яких ділянках здійснюється обробка деталі.

При обробці центральних ділянок резонансні режими відповідають коливанням деталі за першою (основною) формою та за іншими симетричним (непарними) формами коливань.

При цьому переміщення деталі визначено залежністю

де - одиничне імпульсне навантаження; - довжина деталі; - модуль пружності; - момент інерції перерізу деталі.

Частота коливань за першою формою складає 57 Гц, амплітуда складає 13 мкм, що відповідає близько половині поля допуску на обробку точної циліндричної поверхні деталі. Результати аналізу перших форм коливань деталі при обробці центральних ділянок (рис. 12) підтверджують наявність складних резонансних режимів роботи верстата.

Рис. 12 Форма коливань деталі, що мають місце при резонансі на стадії шліфувальної обробки: - перша (основна) форма коливань; - третя і п’ята форми коливань при обробці ділянок, які знаходяться посередині деталі; - перша, друга третя і п’ята форми коливань деталі при обробці ділянок, що знаходяться на відстані ? довжини деталі

Показано, що для зменшення інтенсивності резонансних явищ необхідно зменшувати ексцентричність оброблюваних поверхонь. Цього треба досягти шляхом зменшення викривлення осі деталі на попередніх стадіях процесу.

Фінішна обробка галтелей включає операції чистової токарної обробки галтелей і накатку їх поверхні спеціальним роликом, що встановлено на супорті верстата (рис.13).

Рис. 13 Схема встановлення ролика при накатці галтелей

Рівномірність поверхневої обробки галтелей залежить від характеристик верстатного обладнання. В процесі досліджень визначено вплив випадкових факторів на зміну зусилля накатки. Одержано рівняння відносних довгомірних переміщеній ролика і супорта. Дане рівняння має виглад:

де 1 - коефіцієнти, які визначають жорсткість і коефіцієнт демпфірування вузла кріплення ролика; - крок ходового гвинта; - детермінована складова кута повороту ходового гвинта; - випадкові збурення, які передаються на ходовий гвинт з боку коробки подач; - максимальний рівень збурень по куту; - еквівалентна деформативність кінематематичного ланцюга коробки подач; - динамічне навантаження на ролик; - нормовані випадкові збурення, що визначаються змінами геометрії ролика і деталі; - максимальний рівень геометричних збурень; - збурення від додаткових інерційних навантажень та їх максимальний рівень.

Визначено вплив окремих складових на зміну відносного переміщення ролика і супорта, а відповідно і на зусилля накатки. Встановлено, що для підвищення ефективності процесу накатки необхідно зменшити жорсткість вузла, скривлення ролика і підвищити коефіцієнт опору пружної системи ролика.

Запропонована вдосконалена конструкція ролика із додатковим демпфером (рис.14)

Рис. 14 Схема дослідного зразка розробленої конструкції ролика для накатки галтелей

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

1. Розроблено новий метод математичного опису параметрів обробленої поверхні деталей, зокрема трамвайних вісей. Метод дозволяє однотипно описати геометричні параметри поверхні (мікро- та макрогеометрію), характеристики твердості деталі та коливальні процеси на окремих ділянках деталі та інші параметри поверхні. Метод грунтується на використанні функціональних рядів, що складаються з гармонічних і спеціальних функцій (гіперболічних, функцій Бесселя). Використання вищевказаних функціональних рядів дозволяє описати параметри деталі у всіх точках поверхні, включаючи область осі обертання, ділянки деталі з криволінійними твірними та твірними із виступами і зламами різного вигляду.

2. У процесі обробки деталі на токарному верстаті її геометрична вісь отримує викривлення складної формі. Стріла прогину осі становить 15-25 мкм, а сама вигнута вісь знаходиться в секторіальній області, що характеризується двогранним кутом близько до 40о. Викривлення осі деталі визначається багатьма чинниками, зокрема гістерезисними явищами в пружній системі шпиндельної групи верстата і задньої бабки. На викривлення осі істотний вплив має точність виконання пояска під люнет, жорсткість і точність встановлення люнета.

3. На поверхні проточки під люнет виникають хвилі, зумовлені резонансними поперечними коливаннями деталі. Розрахунковий період цих хвиль по куту 4,7о, по довжині дуги пояска 4,8 мм. Експериментально виміряний період хвиль по куту 5,3о, а по дузі становить 5,45 мм, амплітуда хвилі 3...4 мкм. Наявність даної хвилі є небажаним чинником і призводить до виникнення додаткових похибок токарної обробки. Для зменшення хвилястості рекомендується здійснити чорнову проточку під люнет, встановити люнет, а потім виконати чистову проточку під люнет поряд. Для підвищення точності встановлення люнета необхідно підвести дві нижні роликові опори люнета під деталь і, регулюючи силу підтискання опор, підняти деталь, забезпечивши Ії прогин у вертикальному напрямі на величину 0,04...0,06 мм (контроль величини прогину індикатором). Після цього необхідно підвести і зафіксувати верхню опору люнета. Отриманий додатковий прогин частково компенсує прогин деталі від дії гравітаційних сил (0,08...0,09 мм).

4. Одним з визначальних чинників процесу зміцнюючої обробки деталей на токарно-накатному верстаті є нелінійна сила тертя в гідроциліндрах притискання накатних роликів. У разі викривлення осі деталі після виконання токарної чистової операції нелінійні сили тертя в гідроциліндрах приводять до істотного збільшення викривлення осі. У середньому наявність викривлення осі деталі близько 20 мкм приводить до викривлення осі деталі після зміцнювальної обробки на величину 500 мкм, тобто викривлення осі збільшується в 25 і більше разів. Зниження сил тертя в гідроциліндрах рекомендується забезпечити використанням спеціальних гумових або фторопластових ущільнень штоків гідроциліндрів.

5. Для усунення небажаного викривлення осі деталі після чистової токарної, а також накатної операції необхідно використати спеціальний вимірювально-правильний пристрій. Розроблена конструкція пристрою містить станину, на якій розміщені попарно роликові опори, система вимірювання місцевого викривлення осі деталі і силовий гідравлічний привід, призначений для компенсації викривлення осі. Розроблені дослідний зразок вимірювально-правильного пристрою і спеціальна методика рихтування деталі забезпечують прямолінійність осі деталі в межах 10 мкм.

6. Викривлення осі деталі, що має місце після накатної операції, обумовлює істотну нерівномірність припуску по контуру серединних перетинів деталі, які зазнають шліфувальної обробки. Нерівномірність припуска становить 0,5 мм і більш. Наявність нерівномірності припуска призводить до необхідності додаткового зняття металу зміцненого поверхневого шару. При цьому виникає істотна нерівномірність параметрів поверхневого шару по периметру точних циліндричних поверхонь, розташованих у серединному перетині деталі, а відповідно нерівномірність параметрів якості трамвайної осі.

7. Установлено, що при фінішній обробці викривлення осі деталі призводить до виникнення інтенсивних резонансних режимів коливань динамічної системи верстата. Частоти коливань деталі становлять 57, 228, 514, 900 Гц при амплітудах до 15 мкм. Ці частоти відповідають резонансним частотам динамічної системи шліфувального верстата. Тому у процесі обробки деталі необхідно виконати підстроювання частот з метою запобігання небезпеці виникнення небажаних параметричних автоколивань.

8. Показано, що процес накатки галтелей інтенсифікується шляхом вдосконалення накатного верстатного обладнання, що встановлюється на супорті. Обладнання удосконалюється в напрямку вибору необхідної жорсткості вузла закріплення ролика. Жорсткість доцільно змінювати шляхом застосування регульованої важільної системи, на якій закріплено ролика. Регулювання жорсткості здійснюється зміною точки опирання важеля. Необхідне значення жорсткості забезпечується зміною точки опирання важеля. Необхідне значення жорсткості вибирають із умови забезпечення діапазону зусилля накатування в межах 500...800 Н.

9. Забезпечення надійної роботи верстатного обладнання у процесі накатування галтелей досягається забезпеченням необхідного демпфування коливань накатного ролика. Доведено, що демпфування коливань доцільно здійснювати шляхом використання фрикційного демпфера, який встановлено в пристрої закріплення ролика на супорті верстата.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

АННОТАЦИЯ

Лопаткина Наталья Николаевна. Технологическое обеспечение качества изготовления трамвайных осей. – Рукопись. Диссертация на соискателя ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.08 – "Технология машиностроения". Восточноукраинский национальный университет. Луганск, 2001 г.

В диссертации рассмотрены вопросы технологического обеспечения качества изготовления длинномерных деталей, типа трамвайных осей на различных стадиях технологического процесса обработки.

Разработан новый метод определения качества изготовления трамвайных осей, базирующихся на использовании математического описания геометрических (и других) параметров, обработанных поверхностей деталей с использованием функциональных рядов, составленных из гармонических и специальных функций (гиперболических, функций Бесселя). Метод использован при описании формы поверхности оси после каждой стадии процесса обработки. Метод применим для описания геометрических параметров детали на всех участках, включая галтели и торцовые поверхности. Применение функциональных рядов позволило описать форму геометрической оси детали измеренную после каждой стадии процесса обработки. При этом установлены основные закономерности технологической наследственности процесса обработки. Определены количественные параметры процесса токарной обработки, которые влияют на качество изготовления трамвайной оси. Показано, что на стадии токарной обработки вероятно (с вероятностью 50 – 80%) возникновение отрицательной особенности процесса, которая заключается в специфическом планарном искривлении геометрической оси детали в области установки люнета. Искривление оси есть результатом действия широкого комплекса факторов основными, из которых являются неупругие деформации детали на стадии токарной обработки. Отрицательная особенность процесса токарной обработки в виде искривления оси есть фактором технологической наследственности, который затем проявляется на последующих стадиях процесса.

Искривление оси детали сильно увеличивается после упрочняющей операции и достигает величины сравнимой с припуском на шлифовальную операцию. Это приводит к неравномерному съему упрочненного слоя на шлифовальной операции и соответствует резкому снижению качества поверхностного слоя. В диссертации даны конкретные предложения по повышению качества изготовления трамвайных осей. Они включают рекомендации по совершенствованию технологического процесса на каждой стадии. С целью устранения отрицательного влияния искривления оси предложено осуществить правку детали с помощью специального мерительно-правильного приспособления. Изготовлены и апробированы в промышленных условиях опытные образцы приспособления. Разработана методика измерения формы оси и устранения влияния этого искривления на последующие стадии технологического процесса.

Установлены неблагоприятные режимы обработки на стадии шлифовальной операции. Даны предложения по устранению возможностей возникновения неблагоприятных режимов обработки.

По результатам исследований предложено производить дополнительную упрочняющую обработку поверхностей галтелей с помощью специальных устройств. Устройства содержат накатные ролики, подпружиненные относительно суппорта станка и имеющие специальные фрикционные демпферы для гашения колебаний ролика и детали, возникающих в процессе упрочняющей обработки. Использование таких устройств существенно повысило качество изготовления трамвайных осей.

АНОТАЦІЯ

Лопаткіна Наталія Миколаївна. Технологічне забезпечення якості виготовлення трамвайних вісей. – Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальностю 05.02.08 “Технологія машинобудування” Східноукраїнський національний університет ,Луганськ 2001 р.

Розроблено метод визначення якості виготовлення трамвайної вісі який грунтується на використанні нового методу математичного опису геометричних (і інших) параметрів оброблених поверхонь деталей з використанням функціональних рядів, що складаються з гармонічних і спеціальних функцій (гіперболічних, функцій Бесселя). Метод дозволяє описати параметри деталі на всіх ділянках, включаючи галтелі і торцеві поверхні.

Установлено кількісні параметри процесу токарної обробки, які впливають на якість виготовлення трамвайної вісі. Показано, що на стадії токарної обробки ймовірно "з ймовірністю 50–80%" виникнення негативної особливості процесу, яка полягає в специфічному планарному викривленні геометричної осі деталі в області установки люнета. Ця негативна особливість є фактором технологічної спадковості.

Подані конкретні пропозиції по підвищення якості виготовлення трамвайних вісей. Розробленні пристрої для визначення викривлення осі та зменшення впливу цього викривлення на якість виготовлення трамвайної осі. Виготовленні та опробованні в промислових умовах дослідні зразки пристрїв. Запропоновані пристрої для додаткового поверхневого зміцнення галтелей на стадії фінішної обробки трамвайних вісей. Застосування вказаних пристроїв суттєво підвищило якість обробки трамвайних вісей.

SUMMARY

Lopatkina Natalie Nikolaevna. Technological axes making quality guaranteeing for trams. – a Manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a specialty 05.02.08 – "Machine-building Technology" East-ukrainian national university. Lugansk 2001.

Developed a making quality determination method tram to landmark which is based on use of new method of mathematical description of geometrical (and other) parameters of tooled details surfaces with use of functional rows, that break down under harmonious and special functions (hyperbolic, Bessely functions ). A method allows to describe the detail parameters on all of allotments, including the galilee and wood-blockc surfaces.

Set the quantitative process parameters of turning treatment which influence on making quality tram to landmark. Shown, that on stage of turning treatment in all likelihood beginnings "from probability 50 - 80%" of negative process peculiarity, which consists in specific in flatness warp of geometrical detail axis in plant domain luneta. This negative peculiarity is the factor of technological heredity.

Givenconcrete suggestions on upgrading making axis for tram

Developing devices for determination of axis warp and underestimation of influence of this warp on quality of making of axis for tram. Making and superficialto remain in industrial conditions experienced standards devices. Offered devices for additional superficial strengthening galtelees on stage of finishing treatment axis for tram. Application of stated devices considerable raised treatment quality axis for tram.