Національний технічний університет України

“Київський політехнічний ІНСТИТУТ”

Пшенічний Ігор Миколайович

УДК 621.9.048

РОЗШИРЕННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ МОЖЛИВОСТЕЙ

ОБРОБКИ ДЕТАЛЕЙ У ВІБРУЮЧИХ КОНТЕЙНЕРАХ

Спеціальність: 05.03.01 – Процеси механічної обробки,

верстати та інструменти

Автореферат

дисертації на здобуття ученого ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі "Технологія машинобудування" Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля Міністерства освіти і науки України, м. Луганськ.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент

Лубенська Людмила Михайлівна,

Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля, м. Луганськ,

доцент кафедри "Технологія машинобудування"

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Кузнєцов Юрій Миколайович,

Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут",

професор кафедри "Конструювання верстатів та машин"

кандидат технічних наук, доцент

Берник Максим Павлович,

Вінницький державний аграрний університет, доцент кафедри "Автоматизація та комплексна механізація технологічних процесів".

Провідна організація: Донбаська державна машинобудівна академія Міністерства освіти і науки України, м.Краматорськ

Захист відбудеться 21 червня 2005 р. у 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .002.11 у Національному технічному університеті України "Київський політехнічний інститут" за адресою: 03056, м. Київ, проспект Перемоги, 37, корпус №1, аудиторія № 214.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут"

Автореферат розісланий 20 травня 2005 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Майборода В.С.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищення технічного рівня машин та механізмів суттєво пов'язано з необхідністю подальшого удосконалювання методів обробки деталей, у тому числі розрізних плоских тонкостінних деталей типу кілець, якість яких значною мірою впливає на надійності роботи всього виробу. Задача одержання необхідної якості пов'язана з удосконаленням оброблювально-очищувальних операцій, що складають від 6% до 50% трудомісткості виготовлення різних виробів. Одним із методів, що дозволяє підвищити продуктивність очищувальних і оброблювальних операцій, є процес вібраційної обробки (ВіО) вільними абразивами у вібруючих контейнерах, зокрема U-подібної форми з інерційним віброзбуджувачем, розташованим у крайній нижній точці контейнера уздовж усієї його подовжньої осі, з завантаженням деталей, що оброблюються, внавал. Відповідно до цього актуальною науково-технічною задачею стосовно фінішної обробки розрізних плоских тонкостінних деталей типу кілець є задача пошуку взаємозв'язку між вібраційним обладнанням, пристроєм, інструментом і вибору їх раціональних параметрів для одержання умовно детермінованого процесу, що реалізує необхідні розмірні характеристики деталей, і тим самим розширення технологічних можливостей раніше безрозмірного методу обробки.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрі “Технологія машинобудування” Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля у відповідності до державних бюджетних тем ДН-19-01 “Моделювання взаємозв'язків геометричних і енергетичних параметрів електромеханічних процесів, пристроїв і технологічних систем енергозберігаючого напрямку” (2001-2003 рр.), ДР № 0101U03277 і ДН-03-04 “Теоретичні дослідження процесів плазмової, віброабразивної і гідроабразивної обробки, комп'ютерного синтезу оптимальних технологічних середовищ” (2004-2006 рр.), ДР № 0104U000100, а також темою М-02-04 “Розширення технологічних можливостей обробки виробів з металевих матеріалів вібраційним і струминним методами” (2004-2004 рр.).

Мета й задачі досліджень. Інтенсифікація фінішної обробки і забезпечення заданих характеристик розрізних плоских тонкостінних деталей типу кілець за рахунок розширення технологічних можливостей їхньої обробки у вібруючих контейнерах.

Для досягнення поставленої мети в роботі були поставлені й вирішені наступні задачі:

- аналіз методів фінішної обробки розрізних плоских тонкостінних деталей типу кілець;

- визначення умов, що створюють можливість детермінованого процесу обробки кілець у вібруючих контейнерах без жорсткого закріплення інструмента;

- визначення раціональних параметрів ВіО-верстата з дослідженням впливу траєкторії коливань контейнера на процес віброшліфування;

- одержання аналітичних залежностей щодо визначення форми профілю поперечного переріза кільця й експериментальна перевірка цих залежностей;

- розробка рекомендацій із практичного застосування залежностей, які одержані, для вибору параметрів обробки, що забезпечують отримання заданого технологічного результату і створення ВіО-верстата з обробки кілець.

Об'єкт дослідження. Процес віброабразивної обробки в U-подібних контейнерах ВіО-верстатів.

Предмет дослідження. Конструкторсько-технологічне забезпечення умов розмірної обробки розрізних поршневих кілець.

Методи дослідження. Дисертація ґрунтується на наукових положеннях теорії віброабразивної обробки, механіки сипких середовищ, класичної теоретичної механіки, які викладені в роботах вітчизняних і закордонних учених. На основі теорії зносостійкості оцінювалася працездатність абразивного інструмента при обробці деталей із різних матеріалів. Експериментальні дослідження геометрії поверхні й оцінка її точності після ВіО базуються на теорії імовірності і математичної статистики. Результати, висновки і рекомендації підтверджені натурними експериментами. Вірогідність теоретичних досліджень підтверджена практичним використанням відповідних результатів. При виконанні досліджень застосовувалася система комп'ютерної математики MAPLE 6.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше теоретично доведено та експериментально підтверджено можливість збільшення ступеня детермінованості процесу вібраційної обробки вільними абразивами при відсутності жорсткого кінематичного зв’язку між елементами системи ВПІЗ за рахунок конструктивного обмеження можливих взаємних переміщень заготовок у пакеті та інструментального середовища і створення необхідних умов їх руху;

- визначено кінематичні й силові параметри процесу розмірної вібраційної обробки розрізних поршневих кілець та умови формування траєкторії руху контейнера, необхідної для забезпечення рівномірної обробки по всій поверхні кілець.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

- модель руху вібруючого контейнера, що розроблена, за рахунок своєї універсальності, може бути застосована практично до будь-яких типів верстатів, що реалізують обробку вільними абразивами у вібруючих контейнерах;

- аналітичні співвідношення, що одержані, можуть бути використані в інженерній практиці при призначенні режимів роботи ВіО-верстата з урахуванням впливу різних експлуатаційних факторів, зокрема і залежність із визначення форми зовнішнього профілю перерізу кілець після операції віброшліфування в гранулах сферичної форми;

- одержано номограму для вибору раціональних параметрів різального інструмента (розмір гранул робочого середовища) в залежності від геометричних параметрів заготовок, що оброблюються;

- за результатами досліджень розроблена і впроваджена технологія віброшліфування поршневих кілець з розрізними замками, що дозволяє об'єднати операції зкруглення крайок, видалення заусенців, шліфування торцевих поверхонь на розробленому спеціалізованому вібраційному верстаті.

Особистий внесок автора. У представленій роботі особистий внесок автора полягає в постановці задачі, розробці методу вирішення і розв’язанні задачі визначення умов обробки кілець; коректуванню методики експериментальних досліджень, їх проведенні й обробці результатів із аналізом відповідно щодо одержаних теоретичних уявлень; формулюванні висновків за розділами і загальних висновків з усієї дисертаційної роботи.

Апробація дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися: на науково-технічному семінарі з проблеми “Застосування низькочастотних коливань у технологічних цілях” за темою “Вдосконалювання конструкцій обладнання (вібраційних верстатів). Розвиток конструктивних форм робочих камер” (м. Ростову-на-Дону, 6-10 жовтня 2003 р.); на науковій конференції професорсько-викладацького складу і наукових співробітників Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля “Наука-2004” (м. Луганськ, 19-21 квітня 2004 р.); на V міжнародної науково-технічної конференції “Вібрації в техніці та технологіях” (м. Вінниця, 17-21 жовтня 2004 р.).

Публікації. Основний зміст дисертації викладено у 7 публікаціях у виданнях, затверджених ВАК України.

Структура й обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів, висновків і 3 додатків. Повний обсяг роботи складає 218 сторінок, 79 ілюстрацій на 57 сторінках, 14 таблиць на 12 сторінках, 3 додатки на 26 сторінках, 108 використаних літературних джерела на 10 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, представлено наукову новизну і практичне значення одержаних результатів, наведено загальну структуру роботи.

У першому розділі визначено призначення і сутність методу вібраційної обробки, проведений аналіз обладнання, що застосовується на оброблювально-очищувальних операціях, і деталей, що підлягають обробці вібраційними методами, оцінена можливість застосування даного обладнання для обробки розрізних плоских тонкостінних деталей.

Визначені:

- чинники, що стримують застосування вібраційного процесу обробки розрізних плоских тонкостінних деталей типу кілець, у зв'язку з його невибірковістю, яка обумовлена відсутністю жорсткого кінематичного зв'язку між елементами системи ВПІЗ;

- обмеження, пов'язані з наявністю у кілець розрізів, низької жорсткості та складністю їх наступного роз'єднання;

- можливості застосування вібраційного обладнання, використовуваного при обробці подібних деталей.

В теперішній час перспективним стає застосування на оброблювально-очищувальних операціях вібраційних верстатів через їх відносну простоту конструкції і технологічні можливості створення нових технологічних процесів, що підвищують продуктивність праці при забезпеченні екологічної чистоти. За сорокарічне існування ВіО сформована її теорія, в розвиток якої зробили свій внесок Бабічев А.П., Шаїнський М.Є., Політов І.В., Повідайло В.О., Гончаревич І.Ф., Фролов К.В., Самодумський Ю.М., Копилов Ю.Р., Берник П.С., Брандт В., Матсунагі М. та багато інших вітчизняних і закордонних учених.

Здійснення оброблювально-очищувальних операцій на ВіО-верстатах при обробці розрізних плоских тонкостінних деталей типу кілець можливо лише на основі такої методики, яка максимально відбивала б реальні процеси ВіО й дозволила б удосконалити технологічні процеси, що існують, і розробляти нові. Наявність такої методики необхідна також і для вирішення прикладної задачі з розширення технологічних можливостей ВіО. Зокрема для процесу ВіО поршневих кілець важливим параметром є забезпечення рівномірних переміщень кільця навколо оправки без закріплення на ній елементів робочого середовища, що виступають у ролі інструмента по мікрорізанню і забезпечують вплив на поверхню заготовки, формуючи профіль перерізу.

Проведений аналіз дозволив уточнити задачі досліджень, які узагальнено можна сформулювати наступним чином: дослідження умов, що створюють можливість детермінованого процесу обробки з метою розширення технологічних можливостей ВіО за рахунок забезпечення стійких параметрів системи ВПІЗ з розробкою цих елементів і режимів обробки (рис. 1).

У другому розділі наведені теоретичні передумови проведення процесу ВіО пакета розрізних поршневих кілець, вільно розташованих на оправці пристрою, виходячи з умови їх непереплетення та забезпечення заданого профілю перерізу кільця. Наведені залежності знайдено за допомогою математичних розрахунків і аналізу схем (табл. 1).

Відсутність жорсткого кінематичного зв'язку між елементами системи ВПІЗ при ВіО призводить до зіткнення і переплетення деталей, що мають виступаючі частини, щілини, розрізи і т.п.

Створення умов непереплетення кілець у пакеті з незначними обмеженнями переміщень їх відносно один одного в процесі обертання на оправці є одним із чинників, який визначає вибір форми і розмірів пристрою (3, 4, 5) (рис. 4).

Форма і розміри гранул, як інструмента, вибираються з умов забезпечення цілісності пакета кілець у період їх обробки та забезпечення необхідної якості торцевих поверхонь кілець, що можливо при використанні гранул, які не мають гострих вершин і ребер, і забезпечують властивості псевдорідини при мінімальному контакті однієї гранули з іншими. Розмір абразивної гранули d вибирається з умови передачі максимального зусилля в зону контакту деталь–гранула та забезпечення її вільного переміщення навколо кільця в контейнері одночасно з усіх боків (6) (рис. 5).

Найбільша ефективність процесу спостерігається за умови збігу напрямків дії нормальної складової і самої сили, тобто коли дотична абразивної гранули в точці контакту з крайкою кільця розташована під кутом нахилу кілець у пакеті ? відносно подовжньої осі контейнера (при виді зверху). Таким чином, у процесі обробки гостра крайка кільця, без урахування розміру гранули, буде формуватися у фаску з кутом, близьким до даного кута ? відносно вісі обертання кільця.

Для вибору необхідної траєкторії руху контейнера, а, отже, робочого середовища й оброблюваних деталей у роботі розглянута модель, що

Рис. 1. Дослідження процесу обробки розрізних поршневих кілець

у вібруючих контейнерах

Таблиця 1

Теоретичні передумови вібраційної обробки поршневих кілець

Параметр, залежність | Схема

Умова непереплетення кілець

(1) |

Рис. 2. Умови непереплетення поршневих кілець

Відносний зсув кілець

(2) |

Рис. 3. Розташування кілець у пакеті

Відстань між стійками пристрою

(3) |

Рис. 4. Розташування пакета кілець у контейнері:

1 – контейнер; 2 – пристрій;

3, 6 – стійка; 4 – оправка; 5 – кільце

Ширина контейнера

(4)

Рівень завантаження

(5)

Продовження таблиці 1

Максимальний розмір гранули

(6)–

Максимальне зусилля дії однієї гранули на зовнішню поверхню кільця

(7)

Максимальне зусилля дії одиничної гранули на внутрішню поверхню кільця

(8) |

Рис. 5. Взаємні розташування перерізу кільця і гранули при різних кутах нахилу кілець у пакеті

Максимальне зусилля дії одиничної гранули на торцеву поверхню кільця

(9) |

Рис. 6. Розташування пакета кілець у контейнері (вид у плані)

Максимальна частота обертання пакета кілець

(10) |

Рис. 7. Взаємне розташування кільця, гранули і стінки контейнера

Продовження таблиці 1

Загальне число можливих позицій за 1 хвилину

(11) |

Рис. 8. Взаємне розташування пакета кілець і гранул

Умова формування профілю перерізу кільця

(12) |

Рис. 9. Відносне розташування гранули і пакета кілець

Система рівнянь, що описують рух центра мас

(13) |

Рис. 10. Пропонована конструкція ВіО-верстата, і траєкторії (у масштабі) руху точок контейнера в залежності від маси плити

П р и м і т к а: l - величина, на яку можуть розходитися кільця одне відносно другого, м; D - зовнішній діаметр кільця у вільному стані, м; t - ширина кільця в радіальному напрямку, м; A - розмір замка, м; - відносний зсув кілець, м; b - висота кільця, м; ? – кут нахилу кілець у пакеті, град; L0 - відстань між стійками пристрою, м; D1 – діаметр стійки, м; n - кількість кілець на оправці, шт; d - максимальний розмір абразивної гранули, м; L1 – максимальна ширина контейнера, м; PHmax - максимальне зусилля дії однієї гранули на зовнішню поверхню кільця, Н; PВmax - максимальне зусилля дії одиничної гранули на внутрішню поверхню кільця, Н; ? - частота коливань контейнера, Гц; Аmax – максимальна амплітуда коливань контейнера, м; k1- коефіцієнт, що враховує демпфіруючи властивості облицювання, контейнера, гранул і кілець; s - площа кільця, м2; сk - питома маса матеріалу кілець, кг/м3; сг - питома маса матеріалу гранул, кг/м3; k3 - коефіцієнт заповнення гранулами простору усередині пакета; kг - коефіцієнт, що враховує еліпсність перерізу пакета в залежності від кута ?; g - прискорення вільного падіння, м/с2; n max – максимальний кут нахилу кілець відносно стінки контейнера, град; N0 - максимальне зусилля дії одиничної гранули на торцеву поверхню кільця, Н; nmax - максимальна частота обертання пакета кілець, об/хв; ? - частота коливань контейнера, Гц; Ау – вертикальна складова амплітуди коливань контейнера, м; k – коефіцієнт, що враховує форму траєкторії коливань контейнера; k – коефіцієнт, що враховує рівень завантаження контейнера абразивними гранулами.

дозволяє досліджувати рух контейнера ВіО-верстата, і наведені результати чисельного розрахунку (за допомогою системи комп'ютерної математики MAPLE 6) траєкторій руху точок контейнера в залежності від різних параметрів (жорсткості, положення підвіски і віброзбуджувача, маси коливних вузлів) (13). Аналіз результатів дозволяє робити підбор раціональної траєкторії руху контейнера ВіО-верстата за рахунок перерозподілу коливних мас із регулюванням їх місця розташування (рис. 10).

Третій розділ містить характеристики досліджуваних зразків, обладнання, робочого середовища і методику проведення експерименту. При експериментальних дослідженнях застосовувалися ВіО-верстати НДЛ ОВА СНУ ім. В. Даля; лабораторна установка з пристроєм (рис. 11, табл. 2); аналітичні терези ВЛА-200М, профілометр-профілограф мод. 201, мікроскоп ВК-7050, датчик тиску, прилад мод. МФ-22Ф и фотоапарат “Зеніт-19”. Як робоче середовище використовувалися: бій кулькошліфувальних кругів типу АН-2 грануляцією 15...25 мм; “байкаліт зелений” з розмірами 20...30 мм, порцелянові кулі діаметрами 6 і 12 мм і тригранні призми ПТ 10, 15, 20.

Рис. 11. Пристрій з кільцями Рис. 12. Кільця при обробці

Оцінка впливу вібраційної обробки на геометричні параметри кілець проводилася важільним методом, тобто зважуванням зразків до і після обробки зі зміною робочих середовищ, амплітудно-частотних характеристик, об’ємів розчину, а також методом лунок з метою визначення криволінійної форми зовнішнього і внутрішнього профілю перерізу кільця.

Оцінка величини заусенців проводилася шляхом перегляду виробу під мікроскопом через рівні проміжки часу (експрес-метод).

Рівень завантаження робочого середовища, ширина контейнера визначалися з умови непереплетення кілець і одержання відповідної якості поверхні деталі, що обумовлюється технічними вимогами.

Вплив типів робочих середовищ (абразивних гранул і робочого розчину) і концентрації продуктів їх зношення оцінювалося за величиною досягнутої шорсткості поверхні й знімання металу, також визначалася оливоємність кілець. Отриманий профіль кілець і знімання металу були критерієм правильності вибору кута нахилу кілець у пакеті.

Ефективність процесу обробки в залежності від частоти й амплітуди коливань контейнера оцінювалася за силовим характером дії середовища обробки на деталі. Датчик тиску дозволив визначити зміну дії гранул робочих середовищ на гадану поверхню деталі на різній відстані від стінки контейнера, яка виникає за рахунок їх дисипативних характеристик.

Умови, що забезпечують найкраще укладення кілець у пакеті у вигляді циліндра (для забезпечення зручного видалення пакета з контейнера по закінченню обробки й видалення гранул з його внутрішнього простору), змінювалися шляхом підбора кількості і жорсткості пружин підвіски.

Для визначення впливу процесу віброшліфування на параметри кілець були обмірювані тепловий і радіальний зазори, оливоємність, жолоблення й шорсткість торцевих поверхонь і їх намагніченість.

Четвертий розділ містить результати й аналіз експериментальних досліджень по визначенню ефективності процесу ВіО поршневих кілець у пакеті в U-подібних контейнерах ВіО-верстата з горизонтальним валом віброзбуджувача, розташованого в крайній нижній точці контейнера, частина з яких представлена у графічному вигляді (рис. 13-17).

У результаті аналізу встановлені основні фактори, що впливають на обробку поршневих кілець у вібруючих контейнерах U-подібної форми: рівень завантаження робочого середовища в контейнері, форма і розмір абразивних гранул, а також ширина робочого контейнера і кут нахилу кілець у пакеті при обробці.

Визначено рівень завантаження контейнера, а саме: його зниження призводить до неякісної обробки кілець, перевищення ж рівня понад 1,3

Рис. 13. Залежність максимального кута нахилу кілець у пакеті від ширини контейнера і грануляції робочого середовища (f=34 Гц, А=2,5 мм): 1 – бій кругів АН-2; 2 – байкаліт; 3 – порцеляна 12 мм; 4 – порцеляна 6 мм |

Рис. 14. Залежність видалення заусенців і зкруглення гострих крайок у замку від типу робочого середовища (f=34 Гц, А=2,5 мм): 1 – бій кругів АН-2; 2 – байкаліт; 3 – порцеляна 12 мм; 4 – порцеляна 6 мм; ___ чавун високоміцний; - - чавун сірий легований |

Рис. 15. Вплив кількості розчину в контейнері на демпфіруючи властивості абразивних гранул (f=34 Гц, А=2,5 мм): 1 - бій кругів АН-2; 2 - байкаліт; 3 - порцеляна 12 мм; 4 - порцеляна 6 мм

Рис. 16. Залежність утворення радіусів зкруглення профілів перерізів кілець від типу робочого середовища (f=34 Гц, А=2,5 мм): 1 – бій кругів АН-2; 2 – байкаліт; 3 – порцеляна 12 мм; 4 – порцеляна 6 мм; ____ чавун високоміцний; - - - чавун сірий легований |

а) без кілець;

б) з кільцями

Рис. 17. Залежність концентрації продуктів зношення в розчині від типу робочого середовища (f=49 Гц, А=0,8 мм): 1 – бій кругів АН-2; 2 – байкаліт; 3 – порцеляна 12 мм; 4 – порцеляна 6 мм

діаметри кільця – до їх взаємного переплетення, тобто до порушення технологічного процесу.

Експериментальні дослідження показали, що для обробки поршневих кілець діаметром 100...125 мм ширина контейнера повинна складати 140...170 мм, для кілець діаметром 130...150 мм – 180...200 мм.

Дослідження за ваговим зношенням кілець у різних робочих середовищах при різних режимних параметрах коливань контейнера показали, що найбільшу продуктивність має робоче середовище у виді бою кулькошліфувальних кругів АН-2 грануляцією 15...25 мм. Видалення заусенців у замку кілець (вихідна висота заусенців 0,15...0,25 мм) відбувається практично однаково в бої кругів АН-2 і в байкаліті. Час видалення заусенців складає в середньому 10...20 хвилин. У 1,5...2 рази менш ефективна обробка в порцелянових кулях діаметром 12 мм. Обробка в порцелянових кулях діаметром 6 мм недоцільна. Порівняльна обробка неопрацьованих хромованих і нехромованих кілець показала, що в початковий період часу (протягом 15 хвилин) відбувається інтенсивний процес по видаленню напливів і дендридів хрому. Після 10...15 хвилин процес стабілізується і надалі практично з однаковою швидкістю відбувається обробка, як хромованих, так і нехромованих кілець.

Найбільш стабільно процес обробки відбувається при використанні робочого середовища, що складається з гранул сферичної форми 12 мм, його застосування виправдано як з погляду одержання необхідної якості поверхонь, так і з погляду забезпечення швидкого проведення допоміжних операцій.

При обробці кілець у пакеті на знімання металу велике значення чинить величина кута, під яким знаходяться кільця в пакеті стосовно подовжньої вісі контейнера в процесі обробки (вид зверху). Чим більше грануляція робочого середовища, тим під більшим кутом можуть оброблятися кільця в контейнері, тобто тим більше варіацій значень кутів нахилу кілець можна використовувати, тим самим формувати різні профілі перерізу.

Кількість розчину в контейнері повинна знаходитися в строго визначених межах, її рекомендується підтримувати в об’ємі не більш 5...10% від об’єму робочого середовища, що не знижує величини силового імпульсу при контакті деталь–гранула і поставляє необхідну кількість продуктів зношення в зону контакту торцевих поверхонь.

Аналізуючи результати вимірів зазорів до і після обробки, можна відзначити, що зменшення кількості радіальних зазорів за окружністю кільця не залежить від матеріалу кілець.

Зміна шорсткості торцевих поверхонь кілець при обробці відбувається за рахунок продуктів зношення робочого середовища. Аналіз експериментальних даних показує, що шорсткість торцевих поверхонь прагне до визначеного значення в залежності від типу абразивних гранул. Найбільш ефективно за зніманням металу обробка торцевих поверхонь відбувається в бої кругів АН-2, однак, отримувана величина шорсткості поверхні є найбільша в порівнянні з іншими дослідженими гранулами.

Процес обробки торцевих поверхонь різко знижується, коли кільця починають злипатися в пакеті. Це настає при концентрації продуктів зношення в розчині, яка дорівнює 50%. Концентрація продуктів зношення повинна знаходитися в межах 12...24% до об’єму розчину.

Віброшліфування деталей у середовищі вільного абразиву приводить до збільшення оливоємності оброблених поверхонь у порівнянні зі шліфованими звичайним методом більш ніж на 22%.

Проведені експериментальні дослідження показали задовільний ступінь збіжності результатів за розміром абразивних гранул (6), зусиллям дії гранули на зовнішню поверхню кільця (7), формі зовнішнього профілю перерізу кільця в процесі віброшліфування.

П'ятий розділ містить опис практичного застосування результатів досліджень. Наведено основні закономірності і технологічні параметри процесу обробки розрізних поршневих кілець: форму, розмір і зернистість абразивних гранул; об’єм завантаження робочого середовища в контейнері; склад і об’єм робочого розчину; діапазон робочих режимів коливань контейнера; необхідний час обробки. Приведено також практичні рекомендації з проектування необхідного обладнання, зокрема розроблена конструкція трьохсекційного контейнера та пристрою з оправкою, що встановлюється на вібраційний верстат моделі ВМІ-1004А, який розроблено у НДЛ ОВА СНУ ім. В.Даля і серійно випускається Іванівським верстатобудівним заводом, а також розроблено конструкцію ВіО-верстата моделі СНУ-77 (рис. 18).

Розроблені конструкції – спеціальний верстат і пристрій, а також технології – застосовані при обробці чавунних розрізних поршневих кілець і впроваджені на ПТ “Союзавто”.

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі вирішено науково-практична задачу розширення технологічних можливостей вібраційної фінішної обробки розрізних плоских тонкостінних деталей типу кілець вільними абразивами у вібруючих контейнерах шляхом отримання заданих розмірних характеристик деталей за

| Рис. 18. Вібраційний верстат СНУ-77: 1 – основа; 2 – вал дебалансний; 3 – корпус віброзбуджувача; 4 – пружина; 5 – контейнер; 6 – труба; 7 – пристрій; 8 – кільце поршневе; 9 – оправка; 10 – пробка; 11 – вал гнучкий; 12 – відстійник; 13 – пульт керування; 14 – електродвигун

рахунок забезпечення узгодженого взаємного переміщення та взаємодії пакета заготовок та інструментального середовища.

1. Теоретично встановлено, що формування робочого простору (розмірів робочої зони контейнера) та інструментального середовища (форма й розміри гранул) для можливості розмірної вібраційної обробки розрізних поршневих кілець у вібруючих контейнерах визначається геометричними розмірами кілець та їх замків і забезпечується розташуванням пакета кілець під визначеним кутом .

2. Теоретично встановлено й експериментально підтверджено, що для рівномірної обробки по всій поверхні кілець необхідно забезпечити рух контейнера, а отже, й робочого середовища по траєкторії наближеній до колової. Це забезпечує підвищення продуктивності обробки на 18% при зменшенні шорсткості поверхні на 20%.

3. Теоретично встановлено й експериментально підтверджено, що форма профілю поперечного перерізу кільця визначається кутом нахилу пакету кілець до вісі обертання, а розміри закруглень від розмірів гранул робочого середовища.

4. Встановлено, що основними раціональними параметрами процесу при обробці кілець діаметром 100... 150 мм є наступні:

- рівень завантаження робочого середовища в контейнері - 1,1 діаметра кільця;

- форма гранул робочого середовища – сферична, розміром 12...25 мм;

- ширина контейнера - 1,3 діаметри кільця;

- амплітуда – 2...3 мм, частота - 25...40 Гц;

- кут нахилу кілець у пакеті - 15°...30°;

- довжина пакета - до 600 мм;

- об’єм робочого розчину - 5... 10% від об’єму робочого середовища;

- концентрація продуктів зношення - 12..24% до об’єму розчину.

5. За результатами досліджень розроблено конструкцію спеціалізованого вібраційного верстата для віброшліфування поршневих кілець. Результати робіт упроваджені на ПТ „Союзавто”.

необхідна якість продукції.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ЗДОБУВАЧЕМ ПРАЦЬ

ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Букаранов Ю.Н., Лубенская Л.М., Пшеничный И.Н., Ясуник С.Н. Финишная обработка разрезных поршневых колец // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. – 2003. – №12(70). – С. 153-158.

Здобувачем сформовані мета і задачі досліджень, що обґрунтовують застосування вібраційного обладнання при обробці поршневих кілець.

2. Пшеничный И.Н., Лубенская Л.М., Ясуник С.Н., Власова Т.А. Возможность использования методов отделочно-зачистной обработки разрезных поршневых колец // Резание и инструмент в технологических системах. – Харьков: НТУ “ХПИ”, 2004 – Вып. 66 – C. 163-172.

Здобувачем розроблені необхідні і достатні умови для оцінки вібраційної обробки деталей теоретичним і експериментальним шляхом.

3 Пшеничный И.Н., Букаранов Ю.Н., Лубенская Л.М., Власова Т.А. Обработка разрезных поршневых колец в U-образном контейнере с применением низкочастотных колебаний // Високі технології в машинобудуванні. – Харків: НТУ „ХПІ” – 2004. - № 2. – С. 161-170.

Здобувачем одержані залежності по оцінці зусиль впливу одиничної гранули на кільці.

4. Пшеничный И.Н., Лубенская Л.М., Ясуник С.Н., Букаранов Ю.Н. Условия интенсификации обработки поршневых колец в свободных абразивах // Вібрації в техніці та технологіях. – 2004. - № 2(34). – С. 60-65.

Здобувачем зроблена оцінка впливу режимних параметрів на кінцевий технологічний результат обробки.

5. Пшеничный И.Н., Лубенская Л.М., Ясуник С.Н., Букаранов Ю.Н. Условия формирования профиля поршневого кольца при вибрационной обработке // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. – Краматорськ: вид-во ДДМА, 2004 - Вип. 15 – С. 187-193.

Здобувачем запропонована методика визначення форми профілю перерізу кільця.

6. Пшеничный И.Н., Лубенская Л.М., Ясуник С.Н. Влияние различных факторов на эффективность процесса виброшлифования поршневых колец // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні. Частина 1. – Луганськ: вид-во СНУ ім. В.Даля, 2004. – С. 159-170.

Здобувачем зроблена оцінка впливу типу робочих середовищ на ефективність процесу обробки.

7. Пшеничный И.Н., Букаранов Ю.Н., Лубенская Л.М., Ясуник С.Н. Влияние процесса виброшлифования на некоторые параметры поршневых колец // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. – 2004. - № 7(77), частина 2. – С. 255-260.

Здобувачем визначений ступінь впливу процесу віброшліфування розрізних поршневих кілець на шорсткість торцевих поверхонь і радіуси закруглення профілю перерізу.

АНОТАЦІЇ

Пшенічний Ігор Миколайович. “Розширення технологічних можливостей обробки деталей у вібруючих контейнерах”. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.01 – процеси механічної обробки, верстати та інструменти. Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, 2005.

Дисертація присвячена рішенню науково-технічної задачі розширення технологічних можливостей вібраційного обладнання шляхом вибору раціональних параметрів процесу віброшліфування по видаленню заусенців, зкругленню гострих крайок, зняттю фасок на розрізних плоских тонкостінних деталях типу кілець.

На підставі аналізу процесу вібраційної обробки кілець встановлені умови непереплетення розрізних поршневих кілець, розташованих у пакеті на оправці, можливість формування перерізу кільця з різними фасками і зміни траєкторії руху контейнера.

Експериментально визначені значення основних параметрів, що впливають на процес віброшліфування кілець, оцінені оливоємність і шорсткість оброблених поверхонь.

На основі результатів досліджень розроблені конструкції спеціального верстата і пристрою, а також технологія фінішної обробки розрізних поршневих кілець, що дозволяють створювати вироби з необхідними експлуатаційними властивостями.

Ключові слова: вібраційна обробка, пакет поршневих кілець, абразивна гранула, переплетіння, траєкторія, знімання металу, формований профіль, шорсткість поверхні, оливоємність.

Пшеничный Игорь Николаевич. “Расширение технологических возможностей обработки деталей в вибрирующих контейнерах”. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.03.01 – процессы механической обработки, станки и инструменты. Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, 2005.

Диссертация посвящена решению научно-технической задачи расширения технологических возможностей вибрационного оборудования путем выбора рациональных параметров процесса виброшлифования по удалению заусенцев, скруглению острых кромок, снятию фасок на разрезных плоских тонкостенных деталях типа колец.

Снижение эффективности данного метода связано с ограниченностью обработки определенной номенклатуры нежестких деталей, имеющих выступающие части, щели, разрезы и т.п., а также с отсутствием жесткой связи между элементами системы СПИЗ.

На основании анализа процесса вибрационной обработки колец установлено, что переплетение разрезных поршневых колец, расположенных в пакете на оправке без закрепления в вибрирующем контейнере с горизонтальным валом вибровозбудителя, можно избежать, когда их расположение таково, “замок одного кольца - замок другого”, а в качестве инструмента применяются абразивные гранулы сферической формы.

Установлено, что наибольшая эффективность процесса наблюдается, когда касательная абразивной гранулы в точке контакта с кромкой кольца расположена под углом наклона колец в пакете относительно продольной оси контейнера, т.о. формирование сечения кольца с различными фасками можно достичь путем задания пакету колец на оправке различных углов их наклона.

Рассмотрена взаимосвязь между входными параметрами – частотно-амплитудными характеристиками станка и инструментом (множеством абразивных гранул), совершающим устойчивое циркуляционное движение вокруг приспособления с деталями и передающим силовые импульсы в зоны контакта деталь – гранула с обеспечением устойчивого конечного результата.

Разработана модель, позволяющая исследовать траекторию движения вибрирующего контейнера с загрузкой в зависимости от различных параметров и изменять траекторию движения контейнера путем перераспределения колеблющихся масс с регулированием их места расположения с целью получения наиболее рациональной ее формы, при этом проведен сравнительный экспериментальный анализ, подтверждающий этот выбор.

Впервые предложено в процессе вибрационной обработки использовать в качестве инструмента не только поток абразивных гранул, но и продукты их износа, что позволяет достигать одновременно различные значения шероховатости соответственно на различных поверхностях обрабатываемого поршневого кольца.

Проведен выбор рабочей среды в составе абразивных гранул, рабочего раствора и продуктов износа в виде абразивного порошка из условия достижения заданной производительности и качества процесса вибрационной обработки.

Экспериментально подтверждено, что предпочтительным является уровень загрузки контейнера - 1,1 диаметра кольца; наиболее стабильно процесс обработки происходит при использовании гранул сферической формы 12 мм; количество раствора в контейнере рекомендуется поддерживать объеме не более 5...10% от объема рабочей среды; концентрация продуктов износа должна находиться в пределах 12...24% к объему раствора.

Виброшлифование деталей в среде свободного абразива приводит к увеличению маслоемкости обработанных поверхностей, изменению шероховатости торцевых поверхностей, формированию профиля сечения кольца на одной операции.

На основе результатов исследований предложены средства модернизации универсальных виброобрабатывающих станков, разработанных в лаборатории обработки свободными абразивами Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля, серийно выпускаемые Ивановским станкостроительным заводом, а также разработаны конструкции специального станка и приспособления, и технология финишной обработки разрезных поршневых колец, позволяющие создавать изделия с требуемыми эксплуатационными свойствами.

Ключевые слова: вибрационная обработка, пакет поршневых колец, абразивная гранула, переплетение, траектория, формируемый профиль, съем металла, шероховатость поверхности, маслоемкость.

Pshenichny Igor Nikolaevich. “Extension of the Technological Opportunities of Parts Treatment in Vibrating Containers.” Manuscript.

Thesis for the Candidate of Science degree (Engineering) in speciality 05.03.01 – Processes of Mechanical Treatment, Machine-Tools and Instruments. National Technical University of Ukraine “Kiev Polytechnical Institute”, 2005.

The thesis investigates the solution of scientific and technical problem of vibration equipment technological opportunities extension by means of selection of rational parameters of vibro-grinding process aimed at split piston rings deburring, rounding off the sharp edges, and chamfering.

Conditions of split piston rings arranged in the block on the mandrel non-interlacing as well as the possibility of rings having different chamfers section formation and change of container movement track are determined on the basis of vibro-treatment process analysis.

Values of main parameters which influence on the process of rings vibro-grinding are determined experimentally. Oil capacity and roughness of treated surfaces are evaluated.

Design of the special machine-tool and device as well as technology of finishing treatment of piston rings allowing for the creation of an item having required operational qualities are developed on the basis of the investigation results.

Key words: vibro-treatment, block of piston rings, abrasive granule, interlacing, track, stock removal, shape being developed, surface roughness, oil capacity.