авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Технологическое обеспечение точности токарной обработки тонкостенных сварных корпусов на основе учета упругих деформаций

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЧУПРИКОВ АРТЁМ ОЛЕГОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ ТОНКОСТЕННЫХ СВАРНЫХ КОРПУСОВ НА ОСНОВЕ УЧЕТА УПРУГИХ ДЕФОРМАЦИЙ

Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Тула – 2013

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО

«Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,
Иванов Валерий Васильевич,
Официальные оппоненты: Маликов Андрей Андреевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет», кафедра «Технология машиностроения», заведующий кафедрой.
Красильников Виктор Михайлович, кандидат технических наук, ООО КПФ «Движение» (г. Тула), заместитель директора по техническим вопросам.
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Юго-Западный государственный университет» (г. Курск).

Защита диссертации состоится «22» октября 2013 г. в 16.00 часов
на заседании диссертационного Совета 212.271.01 при ФГБОУ ВПО
«Тульский государственный университет» по адресу:
300012, г. Тула, проспект Ленина, д. 92, 9-101.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО
«Тульский государственный университет».

Автореферат разослан «18» сентября 2013 г.

Ученый секретарь Черняев Алексей Владимирович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В современном машиностроении, начавшийся подъем промышленного производства, требует возрастающего выпуска прецизионных машин и механизмов. Производство таких изделий неразрывно связано с ростом объема изготовления деталей высокой точности, которые широко используются в станкостроительной, ракетостроительной и др. отраслях промышленности. При этом основные технологические затруднения возникают при обработке деталей нежесткой конструкции, в том числе и тонкостенные. Особенно это проявляется при обработке сборок, в которых к тонкостенному корпусу приварены дополнительные элементы, служащие для базирования в изделии.

В большинстве случаев, такие сборки подвергаются термообработке и обладают повышенной поверхностной твердостью, что затрудняет их обрабатываемость. При обработке нежестких сборок применение финишных операций с использованием абразивных инструментов может вызвать температурную деформацию и увеличить погрешность обработки. Лезвийная обработка твердым сплавом позволяет избежать указанных явлений и дает возможность снизить температуру в зоне резания.

Фундаментальные основы точности обработки с учетом технологической наследственности базируются на работах Соколовского А.П., Дальского А.М., Васильева А.С. Отдельные вопросы точности при обработке тонкостенных деталей рассматривалось в работах: Ямникова А.С., Киселева В.Н., Кузнецова В.П. и Красильникова В.М. В некоторых случаях тонкостенные сборки имеют конструктивные особенности, снижающие технологичность, например наличие концентрично расположенного кольца, которое посредством перемычек жестко связано с основной корпусной частью сборки. Это оказывает дополнительное влияние на величину погрешностей формы при обработке внутренних полостей таких сборок. Для соединения секций таких сборок в изделие широко применяют резьбовые замковые соединения. Профиль усиленной упорной резьбы, наиболее применяемый для рассматриваемого класса изделий, имеет малый радиус закругления во впадинах резьбы до 0,05 мм для резьб с шагами от 1,5 до 3 мм. Это обстоятельство затрудняет стабильное получение требуемых параметров резьбы и снижает стойкость режущего инструмента. Поэтому разработка способов и средств, обеспечивающих заданную точность обработки и снижающих трудоемкость изготовления, тонкостенных деталей, имеющие конструктивные особенности, является актуальной научной задачей.



Цель работы заключается в снижении брака по параметрам точности поперечного сечения тонкостенных корпусных деталей при их закреплении в 3–х кулачковых патронах.

Для достижения поставленной цели в диссертации были определены следующие задачи:

1. Выявить причины брака, возникающего при токарной обработке тонкостенных сварных корпусов.

2. Провести компьютерное моделирование погрешностей обработки в продольных и поперечных сечениях.

3. Обосновать конструктивные параметры технологической оснастки, приводящие к уменьшению погрешностей обработки в продольном и поперечном сечениях сварных корпусов.

4. Оптимизировать схему нарезания резьбы полнопрофильными СМП с учетом низкой жесткости и высокой твердости сварных корпусов.

5. Внедрить результаты исследований в производство.

Объект исследования. Процессы механической обработки тонкостенных сварных корпусов.

Предмет исследования. Операции точения и резьбонарезания поверхностей тонкостенных деталей и сварных корпусов.

Методы исследования. Теоретические исследования базируются на основных положениях теории технологии машиностроения, технологической наследственности, теории резания, методов математического и компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование проводилось в программных продуктах SolidWorks и Ansys. Экспериментальные исследования произведены в производственных условиях на ОАО «Тульский оружейный завод». Приведенные измерения проводились с применением аттестованных средств измерений.

Достоверность результатов обеспечена обоснованным использованием теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задачи, применением известных математических методов и подтверждается качественным и количественным согласованием результатов теоретических исследований с экспериментальными данными, полученными как лично автором, так и другими исследователями, а также практическим использованием результатов в промышленности.

Личный вклад автора заключается в постановке задач, проведении теоретических и экспериментальных исследований, в обработке и интерпретации результатов, формулировке выводов. Все выносимые на защиту научные результаты получены соискателем лично. В работах, опубликованных в соавторстве, автору принадлежат результаты, касающиеся процессов токарной обработки тонкостенных корпусных деталей.

Автор защищает:

- результаты компьютерного моделирования погрешностей закрепления с учетом влияния концентричного кольца, приваренного к тонкостенной корпусной детали, и ее ориентации при закреплении в патроне станка;

- результаты экспериментальных исследований погрешностей закрепления, подтверждающие их адекватность компьютерному моделированию;

- конструкции зажимной оснастки и специальных режущих инструментов, обеспечивающие погрешности формы обрабатывающих деталей в осевом и поперечном сечениях в пределах допуска;

- новый способ и схему нарезания упорной резьбы на тонкостенных заготовках из высокопрочных сталей;

- технологию изготовления тонкостенных корпусных деталей на станках с ЧПУ, позволяющий снизить брак до 5 %.

Научная новизна работы заключается в обосновании конструкций зажимных кулачков трехкулачковых патронов и способов установки в них сборок тонкостенных деталей, уменьшающих погрешности токарной обработки в продольном и поперечном сечениях на основе:

разработки конструкции широких кулачков с двойной расточкой по предельным диаметрам центрирующей базовой поверхности сварного корпуса;

– использования явления интерференции сформированных в разных угловых фазах профилей поперечного сечения детали путем изменения ее угловой ориентации в патроне станка на операциях черновой и чистовой обработки;

– повышения жесткости технологической системы введением дополнительного элемента в полость детали (корпуса), ограничивающего ее (его) упругое деформирование при закреплении.

Практическая ценность работы:

- даны рекомендации по повышению точности процесса токарной обработки тонкостенных деталей и сварных корпусов на основе предложенных технологических решений;

- предложены способ и схема нарезания упорной резьбы, позволяющие снизить расход инструментального материала более чем в 2 раза и повысить стойкость инструментальной наладки;

- разработан комплект технологической оснастки и инструментов для операции чистовой обработки наружных и внутренней поверхностей тонкостенных деталей и сварных корпусов, позволяющий снизить процент брака в 4 раза.

Реализация работы. Результаты работы приняты к внедрению на ОАО «ТОЗ». Материалы диссертации используются в учебном процессе при изложении курсов лекций «Основы технологии машиностроения» раздел «Погрешность закрепления», при подготовке магистров по дисциплинам «Прогрессивные технологии резьбообработки» и «Научные основы технология машиностроения». Также они используются при курсовом и дипломном проектировании, выполнении выпускных квалификационных работ бакалавров и специалистов, магистерских диссертаций по направлению 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств».

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на ВНПК «Актуальные проблемы техники и технологии машиностроительного производства», Орел, 2012 г.; на VI МНТК «Прогрессивные технологии в современном машиностроении», Пенза, 2010 г., на МНТК «Технические науки: традиции и инновации», Челябинск 2012г; на ХХХХI Всероссийском Симпозиуме «Механика и процессы управления», Миасс 2011г, на IV МНТК «Молодежь и XXI век», Курск 2012г; на МНТК «Фундаментальные и прикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии», Липецк 2012г, на ВНТК «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов», Тула 2012г, а также на ежегодных НТК преподавателей и сотрудников ТулГУ в 2009-2012г.г.

За комплекс работ по созданию технологических решений по повышению эффективности обработки тонкостенных деталей автор в 2012 г. был удостоен звания лауреата регионального конкурса «Инженер года 2012».

Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в 11 статьях, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК, также имеется 1 патент РФ и 3 заявки на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и четырех разделов, заключения, списка использованных источников из 75 наименований и приложения, включает 115 страниц машинописного текста 89 ил., 2 табл. Общий объем 180 с.

ОБЗОР СОДЕРЖАНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

Введение. Содержится обоснование актуальности темы диссертации, сформулированы цели и задачи, определены научная новизна и практическая значимость, выделены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе анализируется состояние вопроса в производстве деталей типовых тонкостенных деталей и технических требований, предъявляемых к их качеству. Отмечается, что повышение точности и производительности токарной обработки является весьма важной производственной задачей, причем ее решение особенно актуально для нарезания внутренней и наружной резьбы и чистовой обработки. Фундаментальные основы точности обработки с учетом технологической наследственности базируются на работах Соколовского А.П., Дальского А.М., Васильева А.С. Отдельные вопросы точности при обработке тонкостенных деталей рассматривалось в работах: Ямникова А.С., Киселева В.Н., Кузнецова В.П.. Предшествующие работы не использовали в исследованиях деформирования деталей программы трёхмерного моделирования. Поэтому актуально в настоящее время применять SolidWorks и Ansys для компьютерного моделирования в решении подобных задач. В диссертации приводится анализ технологии изготовления сборки «Корпус» (рис. 1).





Рисунок 1 Конструкция типового тонкостенного сварного корпуса

низкая жесткость подобных корпусов приводит к тому, что под действием сил закрепления и сил резания, наблюдаются значительные деформации, вызывающие образование погрешностей формы в продольном и поперечном сечениях. При изготовлении таких изделий широко применяют высокопрочные или сверхпрочные стали типа ВП-25, ВП-28 и т.п. с пределом прочности после термообработки свыше 1800 МПа. Для устранения влияния поводок окончательную механическую обработку основных и вспомогательных базовых и исполнительных поверхностей, в том числе и нарезание резьбы, производят после термообработки. Профиль усиленной упорной резьбы, широко применяемый для рассматриваемого класса изделий, имеет малый радиус закругления уголков впадины от 0,05 до 0,19 для резьб с шагами от 2 до 3 мм.

Для обеспечения точности такого класса деталей, кроме существующих типовых рекомендаций, следует учитывать и индивидуальные конструктивные особенности обрабатываемых деталей. Так, для сварного корпуса, представленного на рис. 1, такой особенностью является наличие концентрично расположенного кольца, которые посредством 3 – х перемычек жестко связано с основной корпусной частью сборки. С другой стороны торца имеются три «лапки» (поз. 1, рис. 1), которые выходят за наружный диаметр корпуса.

Известным решением для закрепления тонкостенных корпусов являются цанговые патроны. Однако, из – за конструктивных особенностей данного сварного корпуса их применение невозможно. Поэтому закрепление проводят в 3 – х кулачковом патроне со специальными охватывающими кулачками. Их наличие позволяет уменьшить величину неизбежной огранки в поперечном сечении тонкостенного сварного корпуса. Тем не менее, на первых этапах при отработке технологии изготовления данного корпуса на станке с ЧПУ модели 16А20Ф3С49 величина этой погрешности достигала 0,12 мм, что превышает допустимое значение 0,07 мм.

Оценка качества изготовленной продукции (рис. 2) показывает, что усредненная доля годных сварных корпусов (без отклонений по всем размерам), составляет 50%. Сварные корпуса с исправимым браком составляют 30%. Из них 12% требуют исправления, по внутренней резьбе, 18% – исправимого по огранке 105 мм.  Рисунок 2 – Анализ годности сварных-3 Рисунок 2 Анализ годности сварных корпусов
по существующей технологии

Около 20% сварных корпусов получаются с неисправимым браком. Из них 10 % составляет отклонение по резьбе. В конце главы формулируется цель работы и задачи исследования.

Во второй главе описываются результаты компьютерного моделирования процессов деформирования при зажатии тонкостенного сварного корпуса в патроне. Объектом исследования является тонкостенная сборка, представленная на рис. 1. Перед началом моделирования были выделены шесть характерных схем, возможных при закреплении сборки в патроне станка (рис. 3).

 Рисунок 3 – Возможные варианты контакта-4

Рисунок 3Возможные варианты контакта сварного корпуса с кулачками
патрона: I Rдет=Rкул; II - Rдет>Rкул; III - Rдет<Rкул; IV сварной корпус
с овальностью; V сварной корпус с огранкой;
VI - кулачок с двойной расточкой

Из первой схеме установки сварного корпуса видно, что прилагаемая нагрузка распределяется равномерно по всей периферии технологической базы. По второй и третьей схеме установки сварного корпуса показано несоответствие радиуса Rдет технологической базы корпуса 1 и внутреннего радиуса Rкул расточки специальных охватывающих секторов 2. Данные схемы близки к пятой, где трехгранная форма в поперечном сечении технологической базы, способствует концентрированию зажимной силы по периферии технологической базы в трёх точках. Четвертая схема учитывает погрешность технологической базы сварного корпуса 1 в виде овальности. Пятая схема учитывает погрешность технологической базы сварного корпуса 1 в виде огранки.

Шестая схема предполагает конструкцию зажимной поверхности кулачка с двойной расточкой – по максимальному и минимальному диаметру базовой поверхности корпуса (рис. 4), при этом минимальные упругие деформации корпуса будут уменьшены.
Рисунок 4 Кулачок с двойной расточкой


Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.