Прогрессивные технологические процессы

5

16

Введение

Одной из лимитирующих операций технологического процесса обработки рейки рулевого управления является операция алмазное выглаживание 210. Операция спроектирована на базе справочных данных по ВАЗовскому технологическому процессу, что позволяет обеспечить выпуск заданного количества деталей заданного качества с относительно малыми затратами. Однако технический прогресс не стоит на месте, и появляются новые идеи и технические решения, применив которые можно усовершенствовать ту или иную операцию, уменьшив тем самым ее стоимость, а значит и стоимость изготовляемой детали. Усовершенствовать лимитирующую операцию можно путем совершенствования ее составляющих - метода обработки, режущего инструмента, приспособления и станка.

Цель работы - обеспечение заданного выпуска деталей «Рейка рулевого управления» требуемого качества с минимальными затратами путем совершенствования операции алмазное выглаживание.

1. Описание операции и ее критический анализ

Операция 210 технологического процесса обработки детали «Рейка рулевого управления» является финишной операцией и выполняется после абразивной обработки и термообработки. Операция включает выглаживание цилиндрической шейки 25 под опорную втулку и содержит 1 переход (Рис. 1.1.).

Эскиз операции

Рис. 1.1.

Согласно базовому технологическому процессу поверхность 25 выглаживают алмазным выглаживателем с продольной подачей. Инструмент расположен перпендикулярно оси детали. Для исключения прогиба заготовки используется поджимной ролик.

Заготовка - прокат из стали 50 твердостью после термообработки НВ 140…170. заготовка прошла абразивную обработку и термообработку. Поверхность 25 является основной конструкторской базой. Перед данной операцией она имеет точность 6 квалитет и шероховатость Ra=0,63 мкм.

Теоретическими технологическими базами являются ось центровых отверстий (двойная направляющая база), торец 1 (опорная база) и ось сечения (опорная база). Фактическими технологическими базами являются центровые отверстия и поверхность 23.

Инструмент - выглаживатель, состоящий из корпуса и алмазного наконечника из технического алмаза. Рабочей поверхностью является поверхность алмазного наконечника. Устройство содержит (Рис. 1.2.) корпус 4 из конструкционной стали, в который вставлены два поршня 2 и 5 с уплотнительными кольцами 3. Поршень 2 связан непосредственно с инструментом 1. Положение поршня 5 фиксируется рукояткой 6. Фиксатор 8 ограничивает ход поршня 2. Манометр 7 контролирует давление рабочей среды.

Заготовку устанавливают в центрах. Вращение передается от шпинделя станка через поводковое устройство типоразмера 7107-0064 по ГОСТ 16488-70. Зажим ручной.

Оборудование - специальный токарный станок фирмы «Нагель» модернизированный. Максимальный диаметр обработки - 50, длина выглаживания - до 400. Частота вращения шпинделя - 50…2500 об/мин. Скорость продольной подачи S=0,01…5 м/мин. Мощность привода главного движения N=7,5 кВт.

Глубина внедрения индентора - 0,05. Размеры обработки приведены на эскизе операции (Рис. 1.1). Точность диаметральных размеров - 6 квалитет (0,052), осевых - 10 квалитет. Шероховатость Ra=0,32 мкм. Радиальное биение - 0,01. Охлаждающая жидкость - полив автокат Ф-40.

Режимы выглаживания:

Усилие Р=157Н;

5

16

Скорость выглаживания V=196 м/мин (n=2400 об/мин);

Продольная подача S_м=0,05 м/мин;

Глубина внедрения индентора - 0,05 мм;

Время обработки =1,42 мин.

Штучное время =1,84 мин

Выглаживание обеспечивает требование точности и шероховатости. В то же время операция содержит ряд недостатков, главными из которых следует считать следующие.

1. Недостаточная концентрация операций. Как уже сказано выше предшествующей операции алмазное выглаживание является шлифование. Время, затраченное на выполнение этих операций, можно рассчитать, сложив штучные времена и время потерь на транспортировку заготовки:

t_шт200-210= t_шт200+ t_шт210+t_потерь=2,47+1,84+2,85=7,16 мин

Как видно из всего вышеописанного, принятые мероприятия не обеспечивают требуемой производительности. К тому же это связано с обязательным наличием требуемого оборудования, оснастки и т.д.

2. Наплывы материала в местах начала и конца обработки. Хотя и алмаз, по сравнению с другими обрабатывающими материалами, обладает меньшим коэффициентом трения по стали, но все равно после обработки в начале и в конце появляются наплывы обрабатываемого материала, что естественно ухудшает качество обработанной поверхности, приводит к попаданию детали в брак и лишним затратам.

3. Инструмент не выдерживает ударных нагрузок. Обладая самой высокой твердостью в природе, алмаз является очень хрупким материалом. Поэтому при ударе вследствие непредвиденных обстоятельств, может произойти выход из строя дорогостоящего наконечника. Таким образом, повышенная хрупкость материала снижает надежность системы.

4. Дорогое оборудование. Использование на операции станка фирмы «Nigel», предназначенного для полирования, является неоптимальным вариантом, потому что станок, являясь оборудованием заграничного производства и включая затраты не только на доставку, монтаж и модернизацию, требует затрат на таможенные услуги. Таким образом, высокая цена оборудования увеличивает стоимость операции, а значит себестоимости детали.

2. Совершенствование операции

2.1 Совершенствование метода обработки

1. Одним из недостатков является недостаточная концентрация операций. Таким образом, с целью повышения производительности применим устройство для комбинированной обработки цилиндрической поверхности (приложение 1). Данное усовершенствование позволяет обрабатывать заготовку выглаживанием с предварительной чистовой токарной обработкой. Устройство для комбинированной обработки цилиндрических поверхностей содержит резцовую головку, упрочняющую систему и смазочно-охлаждающую систему. Это позволяет уменьшить время обработки путем совмещения операций. Только вследствие упрощения конструкции, вместо шлифования используем тонкое точение.

Но здесь возникает еще одна проблема. При работе таким устройством возможно попадание элементов резания (стружки, окалины, других твердых частиц) под выглаживатель с потоком СОЖ, подающейся к режущим элементам и проникающей к выглаживателю, что приводит к повреждениям, как деформирующих элементов, так и самой детали. Поэтому, применяя метод разделения противоречий в пространстве, используем втулку, образующей минимальный зазор с обрабатываемым изделием и подвод СОЖ через этот зазор со стороны деформирующих элементов на режущие, исключая возможность попадания стружки, окалины, других твердых частиц в зону пластического деформирования. Так же применяем гидравлическое уплотнение.

Кроме того, в качестве смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) используем водную эмульсию, позволяющую эффективно отводить тепло из зоны резания и масло, обеспечивающую эффективную смазку в зоне работы выглаживателя (Рис. 2.1.).

Указанные мероприятия позволяют сократить время выполнения операций, повысить экологичность процесса, оптимизировать подачу СОЖ и увеличить качество обработанной поверхности.

Рис. 2.1

Устройство содержит установленные в корпусе 1 блок 2 с режущими элементами 3, головку 4 с деформирующими элементами 5, систему подвода СОЖ, выполненную в виде двух каналов 6 и 7. Канал 6 соединен с системой подачи водной эмульсии станка (на рисунке не показано) и имеет выход к режущим элементам 3. Канал 7 соединен с автономной системой подачи масла (на рисунке не показан) и имеет выход к деформирующим элементам 5. В расточке корпуса 1 между блоком 2 и головкой 4 установлено гидравлическое уплотнение 8, выполненное в предложенном варианте в виде кольца из упругого материала, имеющего уплотняющую поверхность, контактирующую с обточенной поверхностью дели 9 и отделяющей гидравлически зону резания от зоны пластической деформации.

Устройство работает следующим образом.

Деталь 9 устанавливается и закрепляется одним концом в патроне, а другим опирается на центр задней бабки. Включается вращение детали 9, подача водной эмульсии в канал 7 и осевая подача устройства. Водная эмульсия через канал 6 попадает к режущим элементам 3, обеспечивая эффективные условия для протекания процесса резания (хороший теплоотвод, минимальный износ и высокую размерную стойкость режущих элементов). Масло через канал 7 попадает на деформирующие элементы 5, смазывает последние и деталь 9, обеспечивая оптимальные условия для поверхностного пластического деформирования и получения качественной обработанной поверхности. Гидравлическое уплотнение (кольцо 8) разделяет поток водной эмульсии и масла, исключает возможность попадания стружки под деформирующие элементы.

2. Так же недостатком алмазного выглаживания являются наплывы материала заготовки вследствие его текучести, что сказывается на качестве получаемой поверхности. Чтоб исключить (уменьшить) этот дефект мы оптимизируем усилие внедрения индентора в заготовку. В начале процесса на инденторе устанавливается усилие 15…25% от номинального и постепенно, по мере удаления от края, усилие нарастает и держится постоянным. При приближении к концу усилие уменьшается до 15…25% от номинального.

Указанные мероприятия позволяют сократить появление наплывов и увеличить качество обработанной поверхности.

2.2 Совершенствование режущего инструмента

В разделе 1 выявлено, что важным недостатком алмазной обработки является высокая чувствительность к динамическим нагрузкам и повышенная хрупкость алмаза.

Для борьбы с этим свойством предлагаем смонтировать в системе демпфирующее устройство, состоящее из пружины 10, постоянного магнита 11 и электромагнита 12. Державка 13 и пружина 10 помещены в корпусе 14. На державке 13 жестко закреплены кронштейн 15, на котором в свою очередь размещены пьезодатчик 16, воспринимающий сигналы, которые впоследствии поступают в систему демпфирования вибраций. Индикатор 17 фиксирует величину сжатия пружины 10 (величину приращения силы).

Электромагнит 12 притягивает постоянный магнит 11, в результате чего возникает приращение силы, противоположное приращению силы пружины. За счет этого удара не происходит, и микронеровность инструмент проходит плавно.

2.3 Совершенствование приспособления

На операции 210 заготовку устанавливают в центрах. Вращение заготовке придают поводковым патроном. Время установки составляет 0,21 мин. Зажим ручной.

Мы имеем возможность применить на данной операции механизированный зажим с пневмоприводом. Сокращение времени установки получается до 0,08 мин.

2.4 Обоснование выбора оборудования

Для устранения дороговизны оборудования, произведем подбор отечественного оборудования для выполнения усовершенствованной нами операции. Среди моделей отечественных станков для нашего случая подходит станок 16К20Т3.

Итак, мы сделали попытку усовершенствования метода обработки, инструмента, приспособления и станка, результаты усовершенствования сведем в таблицу 2.1.

3. Описание усовершенствованной операции. Технический эффект усовершенствования

Операция 210 технологического процесса обработки детали «Рейка рулевого управления» является финишной операцией и выполняется после лезвийной обработки и термообработки. Операция включает точение и выглаживание цилиндрической шейки 25 под опорную втулку и содержит 1 переход (см. приложение.). Согласно технологическому процессу поверхность 25 протачивают и выглаживают алмазным выглаживателем с продольной подачей. Инструмент расположен перпендикулярно оси детали.

Заготовка - прокат из стали 50 твердостью после термообработки НВ 140…170. заготовка прошла абразивную обработку и термообработку. Поверхность 25 является основной конструкторской базой. Перед данной операцией она имеет точность 6 квалитет и шероховатость Ra=1,25 мкм.

Теоретическими технологическими базами являются ось центровых отверстий (двойная направляющая база), торец 1 (опорная база) и ось сечения (опорная база). Фактическими технологическими базами являются центровые отверстия и поверхность 23.

Заготовку устанавливают в центрах. Вращение передается от шпинделя станка через поводковое устройство типоразмера 7107-0064 по ГОСТ 16488-70. Зажим механизированный. Привод пневматический.

Оборудование - токарный станок 16К20Т3. Максимальный диаметр обработки - 500, длина - до 900. Частота вращения шпинделя - 100…2500 об/мин. Скорость продольной подачи S=0,01…2,8 м/мин. Мощность привода главного движения N=11 кВт.

Режимы выглаживания/ точения:

Усилие Р=157Н;

Скорость выглаживания V=196 м/мин (n=2400 об/мин);

Продольная подача S_м=0,05 м/мин;

Глубина внедрения индентора/ резца - 0,05/0,08 мм;

Время обработки =1,42 мин.

Штучное время =1,71 мин

Заключение

В итоге проделанной работы мы усовершенствовали операцию, обеспечивая заданный выпуск деталей «Рейка рулевого управления» требуемого качества с минимальными затратами. Цели работы считаем достигнутыми.