Совершенствование операций брусковой абразивной обработки деталей типа коленчатых валов на основе локализации энергетического взаимодействия инструмента и обрабатываемой поверхности

В шестой главе даны практические рекомендации по результатам выполненных исследований. Выполненные исследования и предложенная технология суперфинишной обработки деталей явилась основой для модернизации суперфинишного полуавтомата 3875КН19. Модернизация состояла в оснащении оборудования двумя суперфинишными инструментальными головками моделей 3875КН19У и 3875КН19К, разработаными при участии автора специалистами Саратовского Научно-производственного предприятия нестандартных изделий машиностроения (НПП НИМ).

Частота вращения заготовки на полуавтоматах составляет 70-120 об/мин. Частота осцилляции коленчатого вала регулируется в пределах 4-7 Гц. Державки, на который крепится брусок, выполнены сменными. В полуавтомате 3875КН19У, они обеспечивают угол пересечения осей брусков суперфинишной головки и шейки коленчатого вала, в пределах от 0 до 20, в полуавтомате 3875КН19К ползун с державкой совершает принудительные колебательные движения, по обрабатываемой поверхности шейки, при этом радиус профиля бруска равен 40, 140 и 329 мм.

В результате производственных испытаний указанных полуавтоматов установлено, что предлагаемые технологии суперфинишной обработки шеек коленчатого вала после технологической операции шлифование в зависимости от способа суперфиниширования, позволяют сформировать или скорректировать геометрический профиль шеек коленчатого вала. После классической операции суперфиниширования количество шеек, имеющих вогнутый профиль, увеличилось на 5%, а количество шеек, имеющих конусообразный профиль, уменьшилось на 16%, при этом количество шеек имеющих профиль площадка, увеличилось на 13%. При использовании остроугольного многобрускового суперфиниширования количество шеек имеющих вогнутый профиль, уменьшилось на 20%, конусообразность уменьшилась на 27%, профиль площадка увеличилась на 24% по сравнению с исходными значениями. Наиболее эффективной исправляющей способностью обладает способ с криволинейной осцилляцией инструмента. Производственные испытания показали, что при этом способе на 25% снижается количество шеек, имеющих вогнутый профиль, и на 12% имеющих конусообразный профиль, при этом на 37% увеличивается количество шеек, имеющих профиль площадка, что несомненно отличает этот способ от классического и остроугольного многобрускового суперфиниширования.

Важным результатом применения предлагаемых способов суперфиниширования является снижение величины вогнутости и конусообразности. Если после традиционного процесса суперфиниширования только 42% обработанных шеек имели величину отклонения в пределах допуска, то при остроугольном многобрусковом суперфинишировании этот процент составляет 75, а при суперфинишировании с криволинейной осцилляцией инструмента - около 88%. Таким образом, предложенная технология суперфиниширования обеспечивает увеличение количества шеек, имеющих величину вогнутости в пределах допуска, в два с лишним раза. Это подчеркивает высокую эффективность предложенной технологии.

Как отмечалось выше, важным также является вопрос получения при суперфинишной обработке необходимой шероховатости обрабатываемой поверхности. На рис.19 представлена зависимость получаемой шероховатости при исследуемых способах суперфиниширования, по сравнению со шлифованием.

При остроугольном многобрусковом суперфинишировании шероховатость снижается на 40%, а при суперфинишировании с криволинейной осцилляцией инструмента на 80% при зернистости инструмента М14.

Выполненные в работе исследования позволяют расширить технологические возможности брусковой обработки в направлении повышения ее эффективности, формообразующих свойств, точностных и качественных показателей, универсальности и технологической гибкости.

В настоящее время после классического суперфиниширования шеек коленчатого вала относительная площадь контакта сопряжения шейка вала - вкладыш составляет 0,3 - 0,5, а после обкатки двигателя - 0,64. Исследования, проведенные проф. Н.С. Ждановским, А.В. Николаенко, И.В. Крагельским, Е.А. Серой и др. показывают, что при нормативном ресурсе двигателя в 10000 моточасов, фактическая наработка двигателя до первого капитального ремонта равна 5500 -5900 моточасов, что составляет около 60% от норматива.

Предложенные в работе технологии и оборудование дают возможность изготавливать коленчатые валы с оптимизированными геометрическими параметрами коренных и шатунных шеек, обладающими повышенными эксплуатационными свойствами.

В процессе выполнения работы коленчатые валы, изготовленные с использованием предлагаемых технологий, были внедрены на двух автотранспортных предприятиях ТОО «Автокомбинат» и ТОО « Трансагенство». Опытные коленчатые валы установлены на трех тракторах марки МТЗ-82, выполняющих транспортные и погрузочно-разгрузочные работы в карьере. Использование в этих условиях модернизированных коленчатых валов позволило повысить ресурс работы тракторов в 1,3 раза, снизить затраты на капитальный ремонт двигателей и уменьшить время простоя транспортных средств.

Экономический эффект от использования результатов данной работы обеспечивается в сфере производства коленчатых валов за счет повышения качества обработанной поверхности шеек коленчатого вала и снижения затрат на капитальный ремонт двигателей. Годовой экономический эффект от внедрения новой технологии и оборудования в условиях ОАО « Уральский механический завод» составлял 1484160 руб. или 7420800 тенге в расчете на один суперфинишный полуавтомат. Автотранспортные предприятия уменьшили затраты на ремонт в сумме 16489 рублей ( в ценах 2008 года) ,или около 83000 тенге, в расчете на один трактор за счет сокращения количества капитальных ремонтов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основании комплексных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная научная проблема, имеющая важное народно -хозяйственное значение, заключающаяся в создании теоретических основ прецизионного формообразования рабочих поверхностей деталей на стадии их брусковой обработки, позволяющих обеспечить совершенствование операций брусковой абразивной обработки деталей типа коленчатых валов на основе локализации энергетического взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхностью.

2. Проведен анализ состояния существующей технологии суперфиниширования деталей типа валов и в частности коренных и шатунных шеек коленчатых валов, который показал необходимость ее дальнейшего совершенствования.

3. Предложена концепция энергетического воздействия процесса суперфиниширования на показатели обработки. Дана классификация энергетических параметров процесса. Сформулированы основные требования, предъявляемые к выбору энергетических параметров процесса суперфиниширования.

4. Рассмотрены энергетические параметры абразивного инструмента. Предложены зависимости, определяющие критическую прочность удержания зерна связкой и критическую энергию деформации абразивного зерна, при которых связка разрушается.

5. Определена энергия резания единичным абразивным зерном. Выполнен анализ различных схем осуществления процесса суперфиниширования и различных способов обработки, для которых предложена обобщающая математическая модель перемещения единичного зерна относительно обрабатываемой поверхности. Показана также связь энергии единичного среза с объемом срезанного металла, с длиной и площадью среза.

6. Исследован механизм энергетического взаимодействия инструмента и обрабатываемой поверхности в процессе суперфиниширования. Предложены зависимости, отражающие сложную и противоречивую связь энергии резания абразивным инструментом с условиями обработки. Показана связь энергии резания абразивным инструментом с основными показателями процесса обработки, в том числе с интенсивностью съема припуска, с формированием профиля обрабатываемой поверхности и с шероховатостью получаемой поверхности.

7. Рассмотрен механизм снятия припуска и формирования профиля обрабатываемой поверхности в процессе формообразующего суперфиниширования, теоретически обоснована возможность рационального профилирования обрабатываемой поверхности при обеспечении определенных условий, в том числе заданной степени очистки рабочей поверхности инструмента от стружки и шлама.

8. Разработаны алгоритм и программа расчета съема припуска на диаметр заготовки, шероховатости обработанной поверхности и неравномерности съема припуска по длине обрабатываемой в процессе формообразующего суперфиниширования поверхностей шеек коленчатого вала. Выполнен анализ влияния технологических факторов формообразующего суперфиниширования поверхностей коренных и шатунных шеек коленчатого вала на результаты обработки. Определена область рациональных условий обработки.

9. Выполнены экспериментальные исследования, которые позволили

установить зависимости влияния основных технологических факторов на показатели операции формообразующего суперфиниширования при обработке поверхностей коренных и шатунных шеек коленчатого вала.

10. Установлено, что формообразующие остроугольное многобрусковое суперфиниширование и суперфиниширование с криволинейной осцилляцией инструмента не только обеспечивают существенное снижение овальности, но также формируют выпуклую форму обрабатываемой поверхности шейки, что, как известно, благоприятно сказывается на работоспособности коленчатых валов.

11. Выполненные исследования позволили определить рациональные условия обработки шеек коленчатого вала.

При остроугольном многобрусковом суперфинишировании рациональные режимы настройки следующие: = 600 - 700 Н, t = 6\3 с, = 4 Гц , б =0,5 - 1,50, при этом съем припуска увеличивается в среднем на 37%, конусность и вогнутость обработанной поверхности снижается на 20 - 27%, снижение величины шероховатости поверхности составило 40%.

При суперфинишировании с криволинейной осцилляцией инструмента увеличивается съем припуска по сравнению с классическим суперфинишированием в среднем на 65%, конусность и вогнутость получаемой поверхности снижается в целом на 37%, с достижением величины вогнутости у 88% шеек в пределах допустимого значения, при этом величина шероховатости поверхности уменьшилась на 80%. Зернистость брусков в обоих случаях Ml4, твердость СМ2.

12. На основе выполненных исследований предложены новые технологии формообразующего суперфиниширования коренных и шатунных шеек коленчатого вала при остроугольном многобрусковом и и при криволинейном перемещении инструмента, разработана соответствующая техника ее осуществления, определена область рационального применения. Практическое использование предложенной технологии позволило снизить брак на операциях суперфиниширования с 58 до 12%.

13. Результаты исследований внедрены на предприятии ТОО « Уральский механический завод», изготавливающем два типа коленчатых валов с годовым экономическим эффектом 1546000 руб. или 7730000 тенге в расчете на один суперфинишный полуавтомат.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, включенных в перечень периодических изданий ВАК РФ

1. Тюрин А.Н. , Королев А.В., Королев А.А. Энергия взаимодействия инструмента и заготовки при суперфинишировании.//Вестник Саратовского государственного технического университета. 2007. №4(28). Выпуск 1. С. 71-81.

2. Тюрин А.Н Повышение ресурса контактирующих поверхностей кривошипно-шатунной группы двигателей.// «Ремонт. Восстановление. Модернизация».2008. №1. С.13-16.

3. Тюрин А.Н. Формирование профиля шеек коленчатого вала при остроугольной суперфинишной обработке. //«Ремонт. Восстановление. Модернизация». 2008. №5. С.48-50.

4. Тюрин А.Н. Увеличение срока службы элементов КШГ двигателей.//«Автомобильная промышленность». 2008. № 4. С.23-24.

5. Тюрин А.Н. Концепция энергетического взаимодействия инструмента и заготовки в процессе брусковой обработки.// « Вестник машиностроения». 2008. №5. С. 52-55.

6. Тюрин А.Н., КоролевА.В. Расчет прочности удержания абразивного зерна связкой. //Труды МВТУ им. Баумана секция « Машиностроение». 2008. №3 (72). С. 100-109.

7. Тюрин А.Н., КоролевА.В. Оценка качества брусковой обработки деталей энергетическими параметрами процесса. //Труды МВТУ им. Баумана секция « Машиностроение». 2008. №4 (73). С.65-72.

8. Тюрин А.Н. Баланс энергии взаимодействия инструмента и заготовки при суперфинишировании.//« Технология машиностроения». 2008. №5. С .12-15.

9. Тюрин А.Н. Единовременная энергия резания единичным абразивным зерном. //«Технология машиностроения». 2008. №6. С. 16-23.

10. Тюрин А.Н.Повышение равномерности износа поверхностей шеек коленчатого вала. //«Трение и смазка в машинах и механизмах». 2008. №5. С.38-42 .

11. Тюрин А.Н.Суперфиниширование:Баланс энергии взаимодействия инструмента и заготовки.// «Автомобильная промышленность». 2008. №7. С. 28-30.

12. Тюрин А.Н., Королев А.В., Королев А.А Вероятностный расчет величины напряжений мостиков связки абразивного инструмента. //«Вестник машиностроения». 2009. №1. С.58-63.

13. Тюрин А.Н. Снижение неравномерности износа трущихся поверхностей.//«Ремонт. Восстановление. Модернизация.». 2009. №3. С.42- 46.

Монографии

1. Тюрин А.Н Энергетические параметры процессов суперфинишной обработки.(монография) ISBN- 9965-681-46-5. Уральск: ЗКАТУ им. Жангир хана, 2007. 109с.

2. Тюрин А.Н Увеличение ресурса коленчатых валов за счет повышения эффективности суперфинишной обработки. (монография) ISBN- 9965-681-45-7. Уральск: ЗКАТУ им. Жангир хана, 2008. 106с.

3. Тюрин А.Н. Анализ и перспективы совершенствования брусковой абразивной обработки. ( монография) / Королев А.В., Королев А.А. ISBN- 9965-9853-7-5. Уральск: ЗКФ АО « НЦНТИ», 2008. 127с.

Авторские свидетельства

1. Положительное решение ФИПС о выдаче патента на изобретение по заявке (№2008109695/02(010485) от 11.03.08 г. Способ чистовой обработки/ А.В. Королев, А.Н. Тюрин.

Публикации в других изданиях

1 . Тюрин А.Н, Королев А.В., Королев А.А. Суперфинишная обработка высокоточных деталей машин. // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки: материалы 8-й Междунар. практ. конф. Санкт-Петербург: Изд-во СПбГТУ, 2006. С. 288-291.

2. Тюрин А.Н Методика рационального профилирования контактирующих поверхностей. // Индустриально-инновационная политика состояние и перспективы развития: материалы Международной научно-практ. конф. Орал: РИО ЗКАТУ им. Жангир хана, 2006. с.225-228.

3. Тюрин А.Н., Королев А.В. Повышение износостойкости шеек коленчатого вала за счет рационального профилирования контактирующих поверхностей.// Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки: материалы 9-й Международной практ. конф. Санкт-Петербург: Изд-во СПбГТУ, 2007. С. 486-490.

4. Тюрин А.Н Классификация процессов брусковой абразивной обработки. // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки: материалы 9-й Международной практ. конф. Санкт-Петербург: Изд-во СПбГТУ, 2007. С. 491-495.

5. Тюрин А.Н Повышение износостойкости шатунов автотракторных двигателей.// Наука и образование- ведущий фактор стратегии « Казахстан-2030»: труды Международной научной конф. Вып. 2 . Караганда.: Изд-во КарГТУ. 2006. С. 323-325.

6. Тюрин А.Н Повышение долговечности шеек коленчатого вала.// Ресурсосберегающие технологии технического сервиса: материалы международной научно-практ. конф. Ч 2. Уфа.: Изд-во УИНГ, 2007. С. 149-153.

7. Тюрин А.Н Оптимизация формы поверхностей элементов кривошипно-шатунного механизма автотракторных двигателей.// Ресурсосберегающие технологии технического сервиса: материалы международной научно-практ. конф. Ч 2. Уфа.: Изд-во УИНГ, 2007. С. 189-193.

8. Тюрин А.Н Основные схемы брусковой абразивной обработки деталей машин.// Научный журнал Региональный вестник Востока. Усть-Каменогорск, Издательство ВКГУ им. С Аманжолова, 2007. №2. С. 8-13.

9. Тюрин А.Н Высокоточная абразивная обработка деталей машин. .// Научный журнал Региональный вестник Востока. Усть-Каменогорск, Издательство ВКГУ им. С Аманжолова, 2007. №2. С. 13-17.

10. Тюрин А.Н., Королев А.В., Королев А.А. Прецизионная финишная обработка высокоточных деталей силовых установок транспортных средств. // МАШИНОСТРОЕНИЕ И ТЕХНОСФЕРА ХХ1 ВЕКА: В т.4 Международной научно-техн. конф. Украина. Донецк: Изд-во 2007. С. 72-78.

11. Тюрин А.Н Пути формирования геометрической формы обрабатываемого профиля. // НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ 2007: труды Международной научной конф. молодых ученых. Астана, Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева. 2007. С. 143-144.

12. Тюрин А.Н. Исследование процесса формирования профиля шеек коленчатого вала при суперфинишной обработке. //Материалы международной конференции посвященной 95-летию проф. А.Б.Лурье, СПб -_Пушкин.: Изд-во СПбГСА , 2008. С. 283-285.

13.ТюринА.Н. Напряжения в мостиках связки абразивного инструмента. Карагандинский государственный технический университет « Труды университета» №4 2008 г., с.

14.Тюрин А.Н.Суперфинишная обработка высокоточных деталей двигателей внутреннего сгорания. //Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2008. №2. С. 24-25.

15. Тюрин А.Н Повышение эффективности суперфинишной обработки.//Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки: материалы 10-й Международной практ. конф. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2008. С. 492-496.

16. Тюрин А.Н.,Королев А.В., Королев А.А.Интенсивность сьема припуска при суперфинишировании и зависимости от энергии резания абразивным инструментом. //материалы Международной научно-практ. конф. посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В. Красникова. Саратов.: Изд-во СГСУ им. Вавилова, 2008. С.170-173.

17. Тюрин А.Н.,Королев А.В., Королев А.А Определение обьема снимаемого припуска при обработке абразивным инструментом.//материалы Международной научно-практ. конф. посвященной 100-летию со дня рождения профессора В.В. Красникова. Саратов.: Изд-во СГСУ им. Вавилова, 2008. С.177-179.

18. Тюрин А.Н., Королев А.В., Королев А.А. Расчет энергетических показателей брусковой обработки деталей.//Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: материалы 11-й Международной практ. конф. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2009. С. 288-292.

19. Тюрин А.Н., Королев А.В., Королев А.А. Методика расчета съема

припуска при суперфинишной обработке с учетом энергетических показателей. .//Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано- до макроуровня: материалы 11-й Международной практ. конф. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2009. С. 293-295.

Размещено на Allbest.ru