Технические условия обработки детали "Вал фрикционный"

Проточить 55,6 до 54,8 с припуском 0,4 по квалитету h9

0,44

- // -

- // -

- // -

Проточить 41,6 до 40,8 с припуском 0,4 по квалитету h9

0,42

- // -

- // -

- // -

Снять фаски 1,545 на 40,8 и 54,8

0,03

- // -

- // -

- // -

Обточить канавку 39х3

0,02

- // -

- // -

Канавочный резец SANDVIK

Обточить канавку 37,5_-0,341,9^+0,25

0,02

- // -

- // -

Канавочный резец SANDVIK

Проточить конус 1:15 под шлифование.

0,41

- // -

- // -

Проходной отогнутый резец с пластиной Sandvik с углом 80°серии CNMG - 43, материал твердый сплав с покрытием GC4015

Калибр-пробка для проверки конуса 1:15

Подрезать торец 55,6 на l=213,8

0,01

- // -

- // -

Проходной упорный резец с пластиной Sandvik с углом 80°серии CNMG - 43, материал твердый сплав с покрытием GC4015

Обточить канавку 42,5_-0,341,9^+0,25(вид Е)

0,02

- // -

- // -

Канавочный резец

SANDVIK

Обточить 2 канавки 45d115^+0,16

0,08

- // -

- // -

Канавочный резец

SANDVIK

Снять фаски 1,545 на 55,6 и 41,6

0,03

- // -

- // -

Проходной отогнутый резец с пластиной Sandvik с углом 80°серии CNMG - 43, материал твердый сплав с покрытием GC4015

Подрезать торец 54g6 в размер 214_-0,6, проверить размер 8^+0,2

0,01

- // -

- // -

Проходной упорный резец с пластиной Sandvik с углом 80°серии CNMG - 43, материал твердый сплав с покрытием GC4015

Подрезать торец

54g6 в размер 141^+0,53

0,01

- // -

- // -

- // -

Сверлить, развернуть отверстие 8к7, выдержав размер 11^+0,12

0,13

- // -

- // -

Сверло SANDVIK CoroDrill

Delta C R840, развертка

040

Программная с ЧПУ

Фрезеровать шлицы D_84654g69e9 с припуском под шлифование

5,3

Токарно-фрезерный обрабатывающий центр с поворотным фрезерным шпинделем FC40m

Патрон с поджимом для валов SMW AUTOBLOK типа FSB с двух сторон

Фреза дисковая , материал Т5К10, ГОСТ 5348-69

045

Программная с ЧПУ

Фрезеровать 2 паза одновременно 140,24 (см сечение Б-Б)

0,21

Токарно-фрезерный обрабатывающий центр с поворотным фрезерным шпинделем FC40m

Патрон с поджимом для валов SMW AUTOBLOK типа FSB с двух сторон

Концевая фреза -2 шт. SANDVIK CoroMill Plura

Фрезеровать одновременно паз 120,24х80 и паз 10Р95,8^+0,1678 (см сечение В-В), обеспечив размеры 14; 15

0,53

- // -

- // -

Концевая фреза_2 шт. SANDVIK CoroMill Plura

Фрезеровать паз 8Р98^+0,2 (см сечение А-А), выдержав размер 22

0,17

- // -

- // -

Дисковая фреза со сферическим концом SANDVIK CoroMill Plura

Калибр

050

Транспортирование

055

Закалка ТВЧ

по 1 детали(последовательная) всей детали

0,33

Станок КУ_190 для закалки ТВЧ

060

Транспортирование

065

Шлицешлифовальная

Шлифовать шлицы D8х46х54g6х9е9, обеспечив шероховатость 2,5

1,32

Шлицешлифовальный станок МШ_322

Патрон с делительной головкой и центр

Шлифовальный круг ПП600х100х127 24А40ПС₂6К8

070

Круглошлифовальная

Шлифовать 45,8 до 45 с припуском 0,4 по квалитету js6, обеспечив

0,9

Круглошлифовальный станок SGM6330

Поводковый патрон, центр

Высокопористый шлифовальный круг 25А 16 СМ2 14К5 КФ5

Скоба

Шлифовать конус 1:15 по квалитету h9, обеспечив

0,6

- // -

- // -

Высокопористый шлифовальный круг 25А 16 СМ2 14К5 КФ5

Калибр

Шлифовать поверхность И по квалитету h9, обеспечив

Шлифовать 40,8 до 40 с припуском 0,4 по квалитету f7 , обеспечив

0,8

- // -

- // -

Высокопористый шлифовальный круг 25А 16 СМ2 14К5 КФ5

Скоба

Шлифовать 40,8 до 40 с припуском 0,4 по квалитету js6 , обеспечив

0,4

- // -

- // -

Высокопористый шлифовальный круг 25А 16 СМ2 14К5 КФ5

Скоба

Шлифовать 54,8 до 54 с припуском 0,4 по квалитету g6 , обеспечив

0,9

- // -

- // -

Высокопористый шлифовальный круг 25А 16 СМ2 14К5 КФ5

Скоба

075

Контроль

080

Транспортирование

3.7 Нормирование технологического процесса

Общие положения

Норму штучного времени на операцию подсчитывают по формуле:

,

где - основное время; - вспомогательное время; - дополнительное время.

,

где - оперативное время.

Определение штучно-калькуляционной нормы времени:

,

где N - число деталей в год; - подготовительно-заключительное время.

Определение штучного времени и нормы времени на операцию

Заготовительная операция.

Изготовление поковки:

1,5 ч.

Токарная черновая операция.

мин,

мин,

мин,

мин,

мин,

мин,

мин.

Термическая операция.

Закалка:

Общая продолжительность нагрева, т. е. общее время пребывания изделий в нагревающей среде , состоит из времени нагрева до заданной температуры и времени выдержки при этой температуре : .

Время нагрева ; Время выдержки .

.

Время закалки - 67,2 мин, в печь загружено 41 деталь.

Высокий отпуск:

Время высокого отпуска после закалки составляет 1-2,5 ч (в зависимости от размера сечения детали из расчета примерно 1,5 мин на 1 мм толщины или диаметра детали).

мин

Время отпуска - 84,6 мин, в печь загружено 41 деталь.

Токарная получистовая операция.

мин,

мин,

мин,

мин,

мин,

мин,

мин.

Токарная чистовая операция.

мин,

мин,

мин,

мин,

мин,

мин.

Шлицефрезерная операция.

мин,

мин,

мин,

мин,

мин,

мин,

мин.

Шпоночно-фрезерная операция.

мин,

мин,

мин,

мин,

мин,

мин,

мин.

Термическая операция.

ЗТВЧ:

Время нагрева ; Время выдержки .

.

Низкий отпуск:

Время низкого отпуска составляет 1-2,5 ч (в зависимости от размера сечения детали из расчета примерно 1,5 мин на 1 мм толщины или диаметра детали).

мин

Время отпуска - 82,2 мин, в печь загружено 41 деталь.

Шлицешлифовальная.

мин,

мин,

мин,

мин,

мин,

мин,

мин.

Круглошлифовальная.

мин,

мин,

мин,

мин,

мин,

мин,

мин.

Суммарное время всех механических операций:

Суммарное время всех термических операций для 1 детали:



Общее время изготовления детали:

3.8 Разработка технологического процесса сборки подузла (вал фрикционный в сборе) шпиндельной бабки токарного станка МК6046

Технологический процесс сборки - процесс, содержащий действия по установке и образованию соединений составных частей заготовки или изделия.

Сборку выполняют в определенной технически и экономически целесообразной последовательности для получения изделий, полностью отвечающих установленным для них требованиям.

Служебное назначение вала фрикционного в сборе. Технические требования. Условия эксплуатации

Вал фрикционный в сборе устанавливается в корпусе шпиндельной бабки токарного станка модели МК6046 и предназначен для передачи крутящего момента за счет зубчатого соединения, а так же служит для автоматизации привода станка по средствам фрикционной муфты. Он передает вращение от электродвигателя через клиноременную передачу коробке скоростей.

Фрикционное переключение передач позволяет:

- избежать разрыва потока мощности, которая обеспечивает широкий диапазон скоростей движения;

- легкость управления;

- позволяет переключать передачи под тяговой нагрузкой;

- осуществлять плавный разгон и выход на рабочий режим;

- выбирать оптимальную скорость, что обеспечивает высокую производительность и экономичность.

На фрикционном валу установлены многодисковые фрикционные муфты (фрикционны) с механизмом переключения прямого и обратного вращения шпинделя, тяга для соединения с двигателем привода, зубчатые колеса. Вал в сборе устанавливается в подшипниках качения. Деталь работает в постоянной смазке для предотвращения работы зубчатых колес по-сухому, что снижает рабочие характеристики станка.

Сборка является завершающим этапом производства или ремонта. От ее качества в значительной степени зависит работоспособность шпиндельной бабки. К сборке предъявляются следующие основные требования: надежность крепления силовых элементов и соосность всех входящих в сборку деталей. Перед сборкой надо проверить комплектность деталей, отсутствие заусенцев, забоин и других механических повреждений на рабочих поверхностях.

Служебное назначение шпиндельной бабки

Описание устройства и работы узла.

Шпиндельная бабка расположена в проеме портальной стойки и предназначена для рабочих ускоренных перемещений шпинделя вдоль оси У и передачи на него крутящего момента от двигателя главного движения.

В состав шпиндельной бабки входят следующие узлы:

- коробка скоростей;

- устройство шпиндельное;

Подробно мы рассмотрим следующие узлы: коробка скоростей, гидроцилиндр переключения скоростей, устройство шпиндельное.

Коробка скоростей.

Она предназначена для передачи крутящего момента электродвигателя главного движения на шпиндельное устройство станка. В чугунном корпусе коробки скоростей смонтированы на радиальных подшипниках выходной вал с зубчатой полумуфтой для сцепления со шпиндельным устройством и зубчатым колесом и выходной вал с подвижным блоком зубчатых колес и ведомым шкивом зубчато-ременной передачи. Понижение и повышение оборотов производиться при помощи переключения зубчатого блока в два крайних положения. Подшипник, расположенный на блоке предназначен для соединения с поводком механизма переключения скоростей.

Устройство шпиндельное.

Шпиндель с коническим отверстием для точной установки и закрепления инструмента смонтирован в жесткой гильзе на двух опорах качения.

Передняя устанавливается в гильзе с легким предварительным натягом. Задняя устанавливается с зазором. Захват хвостовика инструмента осуществляется цангой установленной во втулке. Перемещение и разжим цинги осуществляется штревелем имеющим канал для обдува воздухом конуса шпинделя. Усилие зажима инструмента создается пакетом тарельчатых пружин. Усилие отжима передается от гидроцилиндра через гайку, имеющую коническую рабочую поверхность.

Условия и режим работы

Подузел шпиндельной бабки подвержен сильным вибрациям.

Режим работы - периодически постоянный, реверсивный, релейный.

Анализ технологичности конструкции изделия

- M сборочной единицы = 67 кг, не допускает ручное перемещение (>20 кг).

- В сборке имеется четко-выраженная базовая деталь - корпус с хорошими базовыми поверхностями.

- В сборке имеются пять комплектов.

- Для сборки локальная унификация заключается в применении одинаковых колец, подшипников.

- Труднодоступные места для сборки отсутствуют.

- Наличие специальных приспособлений для закрепления деталей при сборке.

- Для данной сборочной единицы: надежность крепления силовых элементов, соосность деталей.

- Проверка на соосность входящих в СЕ деталей.

- Нет необходимости проведения дополнительных операций.

- Для СЕ необходима регулировка, упаковка, консервация и ремонт.

Технологический процесс сборки и ее схема представлены в Приложении.

3.9 Расчет размерной цепи

Определение точности изготовления ее звеньев

Задача состоит в том, чтобы обеспечить требуемую точность размера (зазора) между торцом шкива и стенкой корпуса, для этого необходимо выявить и рассчитать следующую размерную цепь. Исходя из обеспечения нормальной работы коробки скоростей, конструктор назначил, что зазор может меняться в пределах:

.

Размерная цепь - совокупность размеров непосредственно участвующих в решении поставленной задачи и образовывающих замкнутый контур.

Размеры деталей, образовывающие размерную цепь - звенья размерной цепи бывают увеличивающими, уменьшающие, векторные.

1. Составим схему размерной цепи (Рис. 6).

Рис. 6



Выявляем размерную цепь А и представляем расчетную схему.

Составляющими звеньями размерной цепи являются:

А₁ - расстояние от торца шкива до торца фрикционного вала.

А₂ - расстояние от торца фрикционного вала до кольца.

А₃ - толщина кольца.

А₄ - толщина подшипника.

А₅ - толщина подшипника.

А₆ - расстояние от торца подшипника до стенки корпуса.

А_? - зазор между торцом шкива и стенкой корпуса.

Номинальные размеры звеньев:

А₁=76 мм;

А₂=75,4 мм;

А₃₌ 1,9 мм;

А₄₌ 19 мм;

А₅₌ 19 мм;

А₆₌ 11,7 мм;

В результате анализа размерной цепи и условий производства выберем метод достижения точности замыкающего звена - методом полной взаимозаменяемости. Требуется назначить точность на составляющие звенья, чтобы обеспечить требования по замыкающему звену (прямая задача).

2. Проверяем правильность составления размерной цепи, используя уравнение номинала

где о_i - передаточное отношение i_го звена,

А_i - номинальный размер i_го звена,

А_? - замыкающее звено.

Звено А₁ - уменьшающие, то есть о₁ = -1;

Звено А₂, А₃, А₄, А₅, А₆ - увеличивающие, то есть о₂= о₃= о₄=о₅ = о₆= 1;

Звенья А₄, А₅ - регламентируемые звенья (ширина подшипников)

Найдём А_?:

 мм.

Размерная цепь составлена правильно.

3. Определим поля допусков и предельные отклонения составляющих звеньев.

Предельное отклонение из условий работы узла допуск замыкающего звена равен: IT_? = S_max - S_min= 2300 - 0=2300 мкм.

Увеличивающими звеньями (отверстия) являются А₂, А₃, А₄, А₅, А₆. Уменьшающее звено (вал) является А₁. Назначаем допуск и предельные отклонения на вал по 76h14. Предельные отклонения при данной точности составят:

eib= - 740 мкм;

esb = 0.

Строим схему соединения при полной взаимозаменяемости (Рис. 7):

Рис. 7

Из этой схемы полной взаимозаменяемости находим суммарные предельные отклонения для деталей типа отверстий.

ESA_? = eib + S_max = - 740 + 2300 = 1560 мкм.

Звенья А₄, А₅ являются регламентированными, их предельные отклонения определяем по нормативным материалам.

EIA_4,5 = 0;

ESA_4,5 = 50 мкм.

Допуски и предельные отклонения на остальные детали типа отверстий назначаем по 14 квалитету (H14), так чтобы сумма допусков составляющих звеньев равнялась суммарному допуску отверстия (ITA_? = 1560 мкм).

Допуск и предельные отклонения на размер А₂ составит:

EIA₂ = 0;

ESA₂ = +740 мкм.

Допуск и предельные отклонения на размер А₆ составит:

EIA₆ = 0;

ESA₆ = +430 мкм.

Допуск и предельные отклонения на размер А₂ получаем из уравнения:

EIA₃ = 0;

ESA₃ =ITA_? - (ITA₄ +ITA₅+ITA₂+ITA₆) = 290 мкм.

Таким образом, все составляющие звенья изготавливаются по 14 квалитету.



3.10 Выбор оборудования, средств механизации и автоматизации

станок вал фрикционный деталь

Учитывая годовую программу выпуска, тип производства, размеры детали и расположения их поверхностей, а также точность обработки, выбираем оборудование для осуществления технологического процесса.

В базовом технологическом процессе для токарной обработки наружных поверхностей и отверстий используются токарные станки моделей 16К20 и 16А20Ф3. Предлагается заменить используемое ранее оборудование на более современный токарно-фрезерный обрабатывающий центр с поворотным фрезерным шпинделем FC40m. Данный станок имеет расширенные технологические возможности: нарезание шлицев, внеосевое сверление, обработка шпоночных пазов, нарезание резьбы, противошпиндель, систему ЧПУ Siemens 8400, систему автоматической смазки, транспортер стружки. Использование этого станка позволит сократить количество операций технологического процесса и время обработки, отсутствуют переустановки, т. к. существует противошпиндель.

Токарно-фрезерный центр с поворотным фрезерным шпинделем мод. FC40m (Рис. 8)

Рис. 8

Особенности конструкции:

Станок имеет литую из высококачественного чугуна станину с углом наклона 45°, вибрация станка сведена до минимума благодаря ребристой форме станины. Широкие линейные направляющие находятся на большом расстоянии друг от друга, что обеспечивает прекрасную устойчивость и высокую демпфирующую способность.

Современное исполнение шпиндельной бабки гарантирует высокую стабильность теплового баланса шпинделя. В шпиндельной бабке применяются прецизионные подшипники ф. «NSK» (Япония).

Станок может одновременно управлять осями X, Z, Y, B и C.

Для силового фрезерования и сверления используется инструментальный шпиндель с широкими возможностями перемещений и поворота относительно детали в шпинделе или противошпинделе. Функция контролируемого поворота шпинделя вокруг оси позволяет гибко использовать в нем не только фрезерный, но и токарный инструмент (в том числе с внутренней подачей СОЖ). Станок оснащен магазином инструмента на 48/96 позиций.

Возможны следующие виды обработки: токарная обработка, фрезерование, сверление, расточка. Может осуществляться такая функция обработки как прямолинейная интерполяция, круговая интерполяция, резка в метрической и дюймовой системе, нарезание зубчатых колес, резка с использованием мульти-головки и пр. Станок предназначен для обработки кривых поверхностей различных форм, обработки валов и дисков, требующей высокой точности.

Технические характеристики FC40m

Максимальный диаметр детали, обрабатываемой над станиной, мм	500
Угол наклона станины	45є
Максимальный диаметр детали, обрабатываемой над суппортом, мм	400
Максимальная длина обработки, мм	750/1000
Длина обработки для дисковых деталей, мм	400х200
Отверстие шпинделя, мм	65
Диаметр пиноли задней бабки, мм	160
Ход пиноли задней бабки, Морзе	№ 5
Магазин инструмента	48
Минимальная подача по оси С, мм	0,001
Минимальная подача по оси В, мм	0,001
Ускоренное перемещение осей X/Y/Z, м/мин	15/8/16
Перемещение по оси Y, мм	-75/+90
Перемещение по оси В	-900/+110є
Минимальное размещение для осей X/Y/Z, мм	0,001
Максимальная скорость вращения шпинделя, об/мин	4000
Мощность главного двигателя, кВт	29
Мощность двигателя противошпинделя, кВт	12/18,5
Габаритные размеры для РМЦ=1000 мм (LxWxH), мм	6920х2550х2550
Вес станка, кг	18000

Финишная обработка шлицев производится на шлицешлифовальном станке МШ_322 с ЧПУ. Финишную обработку цилиндрических поверхностей предлагается производить на шлифовальном станке с ЧПУ модели SGM6330.

Круглошлифовальный станок мод. SGM6330

Круглошлифовальный станок SGM6330, предназначен для наружного шлифования цилиндрических и пологих конических поверхностей деталей методом врезного и продольного шлифования в условиях единичного, серийного и крупносерийного производства.



Круглошлифовальные станки серии SGM автоматизированы и механизированы и обладают следующими функции:

- врезной и продольный методы шлифования,

- изменение поперечных,

- продольных и круговых подач;

- пуск и остановка изделия;

- включение и отключение охлаждающей жидкости;

- быстрый подвод и отвод шлифовальной бабки и пиноли задней бабки;

- перегон шлифовальной бабки по винту;

- балансировка шлифовального круга.

Автоматизация производственных процессов является основным направлением технического прогресса. Автоматизация процессов осуществляется путем автоматизации транспортировки, загрузки и выгрузки, закрепления деталей, за счет автоматизации управления технологическим оборудованием и контроля выполняемых операций.

Использование роботов в механическом производстве становится все более широко распространенным решением. Это дает возможность работы производства до 24 часов в сутки без выходных, что приводит к значительному снижению себестоимости продукции, ускоряет сроки окупаемости и снижает влияние человеческого фактора на качество выпускаемых изделий.

Для автоматизации загрузки и межоперационного транспортирования рассматриваемой детали будем использовать промышленных роботов KUKA KR6-2. При этом вблизи станочного оборудования необходимо разместить магазины - накопители. Промышленный робот KR 6-2 является талантом движения, который образует шарообразную рабочую зону и идеально подходит для создания экономичных систем занимающих минимальную площадь.



Нагрузки

Полезная нагрузка 10 кг

Макс.нагрузка 20 кг

Радиус действия

Макс. радиус действия 1611 мм

Другие данные и варианты

Кол-во осей 6

Повторяемость <±0,05 мм

Вес 235 кг

Транспортировка деталей к рабочим местам производится транспортным роботом. Это значительно уменьшает время на доставку заготовок к рабочим местам и улучшает организацию работы. Это позволяет снизить время на организационное обслуживание рабочих мест, улучшить культуру производства и условия труда.

3.11 Выбор средств оснащения и контроля

К средствам оснащения относятся применяемые в данном технологическом процессе патроны с поджимом для валов фирмы SMW AUTOBLOK для полной обработки валов за один установ без переворота. В нашем случае используется патрон типа FSB с подпружиненным центром. Патрон оснащен поводковым центром и убирающимися зажимными кулачками. Базой детали является ее торец, кулачки выдвинуты - это позволило исключить из технологического процесса изготовления детали фрезерно-центровальную операцию.

Патроны SMW AUTOBLOK не требуют периодического обслуживания, полностью и заполнены смазкой на долгий период, тем самым не только обеспечивается защита от пыли и грязи, но и повышается коэффициент использования станка из-за снижения времени простоев на обслуживание. Патроны оснащены системой компенсации центробежной силы могут работать на более высоких частотах вращения. Осуществляют зажим и разжим детали существенно быстрее, что позволяет значительно сократить время обработки детали будет и, соответственно, стоимость этой обработки. Возможность осуществить точную балансировку позволяет обеспечить высочайшее качество обработанной поверхности.



Для исключения вибраций и деформации заготовки, длина которой превышает в несколько раз диаметр, необходимо использовать люнет. В данном проекте выбран люнет фирмы SMW AUTOBLOK с откидывающимся верхним рычагом.

Контроль может осуществляться в процессе обработки заготовки путем применения установленных на станках специальных систем активного контроля (щупы) и адаптивных подсистем (автоматические наладчики и подналадчики). Активному контролю могут подвергаться линейные и угловые размеры детали. Его рационально использовать в производстве, так как допуск на изготовление деталей на этих операциях мал, а стоимость деталей высока. Применение средств активного контроля обеспечивает повышение производительности труда (в среднем на 10 %), сокращает расход электроэнергии за счет ликвидации холостых ходов и снижает процент брака.

Для операционного и приемочного контроля можно дополнительно использовать:

- штангенциркули ШЦ-I с диапазоном измерения 125 мм и 400 мм - для измерения линейных и диаметральных размеров;

- шаблоны для контроля длины;

- калибры-скобы - для измерения диаметральных размеров;

- комплексные калибры-втулки - для контроля шлицев;

- резьбовой калибр-пробка - для контроля резьбы.

3.12 Автоматизация токарных операций

В технологических процессах изготовления ступенчатых валов, большинство составляют токарные операции. Практика показывает, что токарные модули должны отвечать следующим основным требования: управление от ЭВМ; наличие загрузочного и разгрузочного устройств, магазина инструментов, конвейера для сбора стружки; автоматический зажим и разжим заготовок.

Учитывая выше описанное и то, что в среднесерийном производстве для осуществления токарных операций эффективно применение станков с ЧПУ, в проекте, для автоматизации, предлагается применение токарного модуля, состоящего из токарно-обрабатывающих центров с поворотным фрезерным шпинделем FC40m, оснащенных двумя револьверными головками и промышленного робота KUKA KR6-2, осуществляющего загрузочно-разгрузочные операции.

В серийном производстве вспомогательные операции могу осуществляться при помощи промышленного робота KUKA KR6-2. Это позволяет автоматизировать обработку деталей, выполняя операции:

· установку и снятие детали на станке;

· очистку баз станка и детали;

· контроль правильности базирования заготовки;

· контроль деталей, прошедших обработку;

· смену, установ и контроль режущего инструмента на станке;

· выборку и раскладку деталей, установленных с соответствующей ориентацией в специальной таре;

· установку, складирование, штабелирование деталей или специальной тары;

Транспортный робот выполняет следующие операции:

· обслуживание автоматизированных и механизированных складов;

· транспортирование деталей или специальной тары от станка к станку;

· внутрицеховое транспортирование;

· загрузку и разгрузку различного вида накопителей;

· выполнение заданной последовательности обслуживания станков в группе.

В проекте предлагается осуществить компоновку оборудования по технологическому признаку и осуществлять его загрузку при помощи промышленного робота KUKA KR6-2. Таким образом, можно составить, в том числе, и многоцелевой робототехнический комплекс (РТК) для токарной обработки валов.



3.13 Применение высокопористых шлифовальных кругов

Высокопористые шлифовальные круги можно рассматривать как особый класс абразивного инструмента, главным отличием которого является структурное строение с уменьшенным содержанием абразивного зерна в объеме инструмента. Такое структурное строение обуславливает увеличение объема порового пространства, изменение статистических характеристик распределения абразивных зерен в объеме и на рабочей поверхности шлифовального круга, условий их закрепления связкой и необходимость применения специальной технологии для их изготовления. Высокопористый абразивный инструмент изготовляется в основном на керамических связках.

Особенности объемного строения

Объемное строение абразивного инструмента на стадии его изготовления складывается из объемного содержания зерна V₃, связки V_СВ различных добавок V_Д в виде воды, красителей, клеящих добавок, порообразователей, наполнителей и т. д. и порового пространства V_п:

V=V_З+V_СВ +V_Д +V_П (1.5)

Суммарное содержание всех компонентов по (1.5) равно 100 %, поэтому изменение хотя бы одного из них в сторону увеличения или уменьшения требует безусловного перераспределения удельного вклада остальных.

Принято называть абразивный инструмент с номерами структур 5…8 инструментом нормальной структуры, и такой инструмент наиболее распространен в технологии абразивной обработки. Его пористость формируется в процессе изготовления без специальных технологических приемов и поэтому называется естественной пористостью, объем которой обычно не превышает 40…45 % объема инструмента.

Абразивный инструмент с пористостью 50 % и более относится к классу высокопористого инструмента. Для его производства применяются специальные технологии с использованием порообразователей, которые дополнительно к естественной формируют искусственную пористость. Суммарный объем порового пространства у высокопористых кругов может достигать 60 - 75 % и более объема инструмента.

По принятой классификации и в соответствии с опытом изготовления и применения к высокопористому абразивному инструменту можно отнести инструмент на керамических связках со структурой 10 и твердостью от ЧМ до СМ1, со структурой 12 и твердостью от ЧМ до CT1. Начиная с 14_й структуры и выше, абразивный инструмент, как правило, с любой твердостью имеет пористость более 50 %.

Пора как объемный физический объект в абразивном инструменте может образовываться и существовать либо в связке, либо в композитной конструкции зерно-связка-порообразователь. При затвердевании керамической связки после высокотемпературного обжига в ней формируются поры даже без участия абразивных зерен и специальных порообразователей. При наличии зерен и порообразователей в объемной структуре абразивного инструмента картина получается еще более пестрой. По-видимому, четко определить форму и размеры пор невозможно, так как при соединении множества пор между собой в единое поровое пространство конфигурация, размеры и ориентация каждого отдельного его элемента становится случайными.

Пористая структура абразивного инструмента

На верхнем рисунке показана пористая структура абразивного инструмента, а на нижнем идеализированная модель его строения.

Модель строения высокопористого абразивного инструмента:

а) - пористая структура; б) - крупнопористая структура

Безусловно, что случайный характер формирования пористости в шлифовальном круге негативно сказывается на его прочности.

С помощью поляризационно-оптического метода было смоделировано напряженное состояние шлифовальных кругов со структурами 3, 7 и 11, у которых объемное содержание зерна зернистостью 40 изометричной формы составляло соответственно 56, 48 и 40 %. Получена функциональная зависимость:

у = 2,188 ехр (0,039V₃), (1.6)

из которой следует, что относительное максимальное напряжение у, возникающее в связке со слабой адгезией к абразивному зерну, возрастает в кругах с большим содержанием зерен V₃. Слабая адгезионная связь характерна для керамических связок с зернами карбида кремния.

Зависимость между максимальными напряжениями в связке круга со значительной адгезией его компонентов (характерно для зерен электрокорунда) математически аппроксимируется уравнением:



у = 2,217 ехр (0,0174V₃). (1.7)

Таким образом, для граничных уcловий слабой и прочной адгезии связки с абразивным зерном из карбида кремния (1.6) и электрокорунда (1.7) при моделировании шлифовального круга без пор, установлено, что чем больше зерен в объеме инструмента, тем более высокий уровень напряжений наводится в нем и тем меньше его прочность.

При моделировании напряженного состояния шлифовального круга в зависимости от наличия пор в виде сквозных просверленных отверстий взаимосвязь описывается показательной функцией:

у = 0,0024 ехр (0,1919 р), (1.8)

где р - процентное содержание пор в объеме инструмента.

Увеличение объема пор приводит, следовательно, к разупрочнению шлифовального круга. С другой стороны, в соответствии с (1.6) и (1.7) уменьшение содержания зерна способствует его упрочнению. В идеализированном варианте строения абразивного инструмента с геометрически правильной формой зерен и пор их количество полярным образом влияет на его прочность. Из сравнительного анализа трех моделей, однако, следует, что при одинаковом относительном изменении концентрации зерен и пор в объеме инструмента негативное влияние пористости по (1.8) на его напряженное состояние до 6 раз превышает положительное влияние увеличения номера структуры по (1.6) и (1.7) и соответственно именно пористость шлифовального круга будет определять его прочностные свойства.

Строение порового пространства абразивного инструмента наиболее полно можно характеризовать следующими параметрами:

1. Общая пористость (полная или истинная) П_п - отношение объема всех пор в инструменте к его объему.

2. Открытая пористость П₀ - отношение суммарного объема всех пор и соединяющих их каналов (капилляров) между собой и с периферией инструмента.

3. Закрытая пористость П₃ - отношение суммарного объема пор, изолированных друг от друга и от периферии инструмента и недоступных для проникновения в них жидкости.

4. Удельная поверхность порового пространства, м²/г.

5. Распределение объема пор в объеме инструмента по их эффективным радиусам.

6. Средние эффективные и гидравлические радиусы пор и капилляров.

7. Геометрические характеристики порового пространства.

Несмотря на столь подробную аттестацию пористости, ее формирование при изготовлении высокопористого абразивного инструмента носит хаотический и непредсказуемый характер. Пористость рассчитывается теоретически на стадии определения рецептурного состава и обеспечивается введением в состав, обычно, выгорающих порообразователей размером 100…800 мкм. При обжиге инструмента частично или полностью они выгорают, образуя взаимосвязанную объемную структуру из пор более крупных размеров, чем размеры порообразователя.

Для различной степени пористости абразивного инструмента введены дополнительные обозначения: Р - пористая структура, для пористости в зависимости от ее объема - L (низкая), М (средняя), Н (высокая) и НН (очень высокая), а также по размерам пор ОG (большие поры), F (мелкие), FF (очень мелкие) и SR (специальная форма).

Следует также отметить, что благодаря особенностям своего строения высокопористые круги открытой структуры обладают лучшей самозатачиваемостью и меньшей засаливаемостью. Это повышает стойкость круга и позволяет работать на повышенных режимах шлифования.

Высокопористый шлифовальный круг работает наподобие воздушного насоса, подавая воздух через свои поры в зону резания. Эффект происходит из-за того, что при вращении круга воздух, отбрасываемый центробежной силой от центра к периферии круга, через сквозное поровое пространство создает вакуум в середине круга. Это приводит к интенсивному всасыванию воздуха через торцы круга и непрерывной подаче его в зону обработки. Описанный эффект улучшает условия охлаждения обрабатываемой детали и шлифовального круга и обеспечивает теплоотвод из зоны их контакта.

Работая при высоких окружных скоростях, высокопористый круг, за счет большой поверхностной шероховатости, создает вокруг себя вихревые воздушные потоки. Причем, чем выше шероховатость (пористость) круга, тем сильней образуются вихревые потоки, которые более интенсивно охлаждают обрабатываемую поверхность. Установлено, что скорость воздуха в зоне резания при вращении высокопористого круга на 25…30 % больше, чем при вращении обычного. В связи с тем, что при шлифовании выделяется очень большое количество тепла, указанные процессы благоприятно сказываются на управлении температурным режимом обработки.

К этому можно добавить, что высокопористая конструкция инструмента с развитой системой порового пространства становится эффективным средством принудительной подачи СОТС через поры в зону шлифования, а также импрегнирования рабочей поверхности кругов различными добавками.

Еще одной особенностью строения высокопористого инструмента является формирование микрорельефа его рабочей поверхности, наиболее благоприятного с точки зрения съема материала при шлифовании.

Изучение геометрии рельефа режущей поверхности шлифовальных кругов с различными номерами структур позволило сделать следующие выводы:

1. геометрия рельефа режущей поверхности тесно связана с характеристикой инструмента и, прежде всего, с его пористостью: с увеличением пористости и номера структуры от 6 до 15 уменьшается относительная опорная длина профиля и увеличивается средний шаг между выступающими над связкой зернами почти в 4 раза;

2. при использовании порообразующего выгорающего наполнителя с размерами, изменяющимися в диапазоне 1,5…3,2 размера абразивного зерна, геометрия рельефа рабочей поверхности инструмента сохраняется одинаковой; при увеличении соотношения указанных размеров статистические характеристики рельефа возрастают.

Это очень важное преимущество высокопористых кругов. Как показали С.А. Попов и Р.В. Ананьян, отмеченное изменение рельефа режущей поверхности при переходе от структуры 6 к 15 способствует снижению температуры и мощности шлифования в 1,5-2 раза.

На рис. 3 показаны корреляционные связи температуры и мощности шлифования быстрорежущей стали Р6М5 с показателями геометрии рельефа рабочей поверхности шлифовального круга. На рис. 3, а, в представлены графики изменения температуры и мощности шлифования в зависимости от относительной опорной длины профиля на глубине 10 мкм от вершины наиболее выступающего зерна t₁₀, а на рис. 3, б, г аналогичные зависимости от среднего шага между измеренными выступами S₁₀ на поверхности круга.

а) б)

в) г)

Корреляционные связи температуры (а, б) и мощность (в, г) шлифования с параметрами t₁₀ и S₁₀ рельефа режущей поверхности шлифовального круга

Из приведенных графиков следует, что между исследованными параметрами существует прямая пропорциональная зависимость: с уменьшением относительной опорной длины профиля /до и увеличением среднего шага 5 до наблюдается снижение температуры и мощности шлифования.

В результате, сохраняя постоянной температуру, можно повысить производительность обработки в 2…2,5 раза за счет форсирования режимов шлифования, либо при постоянной производительности процесса значительно (до 2 раз) снизить температуру шлифования. Более низкая температура в сочетании с уменьшенной I мощностью процесса создает предпосылки бездефектного шлифования.

Изготовление высокопористового абразивного инструмента

Технология производства высокопористого абразивного инструмента с открытой пористостью основана на применении выгорающих добавок (порообразователей), химического газообразования, пенообразования, литья, образования волокнистого каркаса и др. Например, при изготовлении высокопористых кругов литьем в абразивную массу вводят перекись водорода, при разложении которой на воду и кислород образуется суспензия с равномерно распределенными в объеме инструмента пузырьками. Пенный способ производства сложен, требует специального оборудования, к тому же процессы изготовления сырца и сушки весьма трудоемки.

Применение для изготовления высокопористой формовочной массы методом полусухого формования добавок, выгорающих или выплавляющихся при высокотемпературном обжиге, является легко осуществимым и потому наиболее распространенным.

В качестве порообразующих наполнителей в отечественной и зарубежной абразивной промышленности использовали большое количество различных материалов: пробковую крошку, древесные опилки, крошку мрамора, бурый уголь, торф, солому, гипс (СаS0 2Н0), синтетический кокс, сланец, древесный уголь, отходы производства пластмассовых изделий и т. д. Кроме перечисленных, известен также опыт использования в производстве высокопористого абразивного инструмента других порообразователей: нафталина, вспученных перлитов, порошков синтетических смол, а также полистиролов марок ПСС, ПСВ, бисер сополимера МСН и других искусственных или природных материалов, от которых зависят особенности технологических процессов изготовления высокопористых абразивных инструментов.

Механизм образования объемной пористости предположительно таков: при сгорании наполнителя в круге образуются газы и другие продукты горения, а так как связка при температуре обжига остается химически относительно нейтральной, то она не может поглотить газовую составляющую внутри круга. Происходит увеличение давления в объеме каждой поры, так как объем газа значительно больше объема сгоревшей частички наполнителя. В этот момент материал связки находится в размягченном состоянии и газы, образовавшиеся при сгорании наполнителя, прорывают пленку связки и соединяются с объемом соседней поры. Разрыв перегородок между порами происходит из-за того, что наполнитель сгорает неравномерно и в разных порах давление неодинаково. Но все газы стремятся выйти наружу. Такая модель подтверждает то, что почти все поры соединены не только между собой, но и с внешней средой наружной поверхностью инструмента.

Достоинства шлифования высокопористыми кругами

Особенности строения высокопористых шлифовальных кругов становятся их решающими преимуществами при абразивной обработке, что позволяет эффективно решать задачи бесприжогового шлифования на различных технологических операциях обработки самых разнообразных по форме, размерам и материалам деталей.

Пористость оказывает непосредственное влияние на производительность и качество шлифования. Более того, пористость является одним из важнейших показателей качества самого абразивного инструмента, определяющего его физико-механические свойства и режущую способность. Увеличение пористости шлифовального круга создает более благоприятные условия для интенсивного резания материалов, уменьшает количество и степень прижогов и микротрещин на шлифованной поверхности деталей. Положительный эффект при этом создается благодаря уменьшению «засаливаемости» и увеличению самозатачиваемости шлифовального круга.

Высокопористые круги на раннем этапе своей истории показали большую эффективность при обработке вязких металлов и сплавов, закаленных сталей и неметаллических материалов. Эффективность их применения возрастала с увеличением скорости шлифования от 20… 25 м/с до 45…50 м/с.

Применение высокопористых кругов дало возможность на 65…80 % повысить производительность обработки и на 20…30 % увеличить время работы круга между правками. При этом они обладали в 1,5 раза более высокой размерной стойкостью, чем традиционные шлифовальные круги.

Доказано, что шлифование высокопористыми кругами как технологический процесс съема материала может эффективно совмещать предварительную и чистовую обработки в одной операции. При этом оптимизация условий глубинного шлифования обеспечивает не только производительность, но и вопреки практике шлифования - наиболее благоприятное для эксплуатации формирование свойств поверхностного слоя детали: сжимающие, а не растягивающие напряжения, минимальный наклёп, а также шероховатость и точность, характерные для финишной обработки.

Многолетняя практика использования высокопористых абразивных кругов с открытой структурой в машиностроении подтверждает их высокую эффективность при различных видах обработки шлифованием как на традиционных операциях маятникового шлифования, так и при переходе на схему профильного глубинного шлифования, а также на операциях высокоскоростного внутреннего шлифования и др. При использовании высокопористых шлифовальных кругов достигается повышение производительности обработки до 2-3 раз при обеспечении высокого качества обработанной поверхности (отсутствие прижогов, трещин, сколов) на традиционных операциях маятникового шлифования деталей.

Этот эффект происходит за счет повышения режущих свойств шлифовального круга при работе его в режиме «самозатачивания», а также за счет его высокой износостойкости. Обработанная поверхность имеет высокие показатели качества, при этом достигается практически полное исключение прижогов, трещин и других дефектов. Это осуществимо за счет уменьшения силы шлифования на 20…30 %, а также температуры шлифования, что позволяет в ряде случаев обрабатывать детали без охлаждения и увеличивать глубину обработки до 2 и более раз.

Размещено на Allbest.ru