CC BY
21
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЖЕСТКОСТИ И ПОДАТЛИВОСТИ ИНСТРУМЕНТА НА ГЕОМЕТРИЧЕСКУЮ ТОЧНОСТЬ ОБРАБОТКИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ АЛМАЗНЫМ ХОНИНГОВАНИЕМ
1 2 3
Джемилов Э.Ш. , Абдурахманов А.У. , Самелюк И.В. Email: Dzhemilov651@scientifictext.ru
1 Джемилов Эшреб Шефикович - кандидат технических наук, доцент; 2Абдурахманов Аблямит Умерович - аспирант; 3Самелюк Игорь Владимирович - магистрант, кафедра технологит машиностроения, инженерно-технологический факультет, Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Республики Крым Крымский инженерно-педагогический университет, г. Симферополь
Аннотация: в статье представлены исследования процесса алмазного хонингования глубоких отверстий, установлены способы, обеспечивающие повышение производительности и точности обработки, а также установлено, что: для повышения точности процесса необходимо учесть, податливость режущей поверхности хонголовки, обеспечение точных и равных между собой углов наклона направляющих поверхностей штока к его оси; для интенсивного исправления погрешностей формы отверстия необходимо, чтобы хонинговальная головка и бруски были достаточно жесткими, подача брусков дозированной. Ключевые слова: алмазное хонингование, жесткость технологической системы, податливость режущей поверхности инструмента.
STUDYING THE EFFECT OF HARDNESS AND GRAVITY OF TOOL ON GEOMETRIC ACCURACY OF PROCESSING DEEP HOLES WITH DIAMOND HONGING
1 2 3
Dzhemilov E.Sh.1, Abdurahmanov A.U.2, Samelyuk I.V.3
1Dzhemilov Eshreb Shefikovich - PhD, Associate Professor; 2Abdurahmanov Ablyamit Umerovich - Graduate Student; 3Samelyuk Igor Vladimirovich - Master Student, DEPARTMENT ENGINEERING TECHNOLOGY, FACULTY OF ENGINEERING, STATE BUDGET EDUCATIONAL INSTITUTIONS OF HIGHER EDUCATION OF THE REPUBLIC OF CRIMEA CRIMEAN ENGINEERING AND PEDAGOGICAL UNIVERSITY, SIMFEROPOL
Abstract: the article presents research into the process of diamond honing of deep holes, establishes methods for improving performance and machining accuracy, and also found that: to improve the accuracy of the process, it is necessary to take into account the flexibility of the cutting surface of the cold trap, ensuring accurate and equal inclination angles of the guide surfaces of the rod to its axis; for intensive correction of hole shape errors, it is necessary that the honing head and the bars be sufficiently rigid, the feed of the dosed bars.
Keywords: diamond honing, the rigidity of the technological system, the compliance of the cutting surface of the tool.
УДК 621.923.5
Актуальность и постановка проблемы.
К глубоким отверстиям в ответственных деталях предъявляются высокие требования к точности и качеству обработанной поверхности. Рекомендуемые в литературных источниках схемы и конструкции хонинговальных головок для обработки глубоких и точных отверстий, не обеспечивают высокую производительность и точность обработки.
Применение жесткой конструкции хонинговальной головки повышает показатели процесса хонингования глубоких отверстий.
Однако, отсутствует теоретический и экспериментальный материал о закономерностях изменения составляющих сил резания, влияния жесткости станочного оборудования на указанные силы, что особенно важно при алмазном хонинговании глубоких отверстий, о закономерностях съёма и способа нахождения оптимальной величины подачи в зависимости от условий обработки. В ранее проведенных исследованиях недостаточное внимание уделялось вопросу исправления исходной погрешности геометрической формы обрабатываемого глубокого отверстия, при хонинговании жестких деталей. Показатели процесса хонингования во многом зависят от вида предшествующей обработки, которая, определяет величину припуска.
Исследование процесса алмазного хонингования глубоких отверстий является актуальным для машиностроительных предприятий.
Цель исследования: повышение производительности и точности обработки глубоких отверстий алмазным хонингованием за счет оптимизации жесткости и податливости инструмента.
Изложение основного материала.
Значительное влияние на исправляющую способность процесса хонингования глубоких отверстий, оказывает кинематика движений и конструктивные особенности хонинговальной головки.
Одним из условий достижения высокой точности, является стабилизация сил, действующих на систему СПИД. Технологическая система станок - приспособление -инструмент - заготовка представляют собой упругую систему, деформация которой в процессе обработки обуславливает возникновение систематических и случайных погрешностей размеров и геометрической формы обрабатываемых заготовок. Вместе с тем эта технологическая система является замкнутой динамической системой, в которой погрешности размера и формы заготовки зависят от величины упругих отжатий у. Упругие отжатия у, определяются действующими в направлении этих отжатий усилиями и жесткостью] технологической системы [2].
А.П. Соколовским предложено выражать жесткость ] (кН/м) технологической системы отношением нормальной составляющей Ру (кН) силы резания к суммарному смещению у (м) лезвия режущего инструмента относительно обрабатываемой поверхности заготовки, измеренному в направлении нормали к этой поверхности, т.е.:
с1)
В процессе хонингования цилиндрических поверхностей изменение сил резания происходит под влиянием первоначальных погрешностей формы отверстия и конструктивных особенностей системы разжима брусков хонинговальной головки.
На точность формы отверстия, при хонинговании глубоких отверстий, в основном влияют податливость т (м/МН) режущей поверхности инструмента, геометрическая точность направляющей поверхности, вдоль которой колодки с брусками совершают возвратно-поступательное движение, а также количество брусков в комплекте.
Податливость режущей поверхности складывается из двух основных составляющих: податливость механизма разжима колодок с брусками и податливость самих брусков.
Податливость т можно численно выразить отношением смещения у лезвия инструмента относительно заготовки, измеренного по нормали к обрабатываемой поверхности, к составляющей силы резания, действующей в том же направлении, т.е.:
<о=^ (2)
Основная причина податливости механизма разжима колодок лежит в малой жесткости стыков механизма системы разжима.
При хонинговании силы резания действуют одновременно на все колодки, поэтому определение податливости в каждом стыке не дает реальной картины, так как на величину общей податливости значительное влияние оказывает положение направляющих поверхностей в корпусе, вдоль которых бруски совершают возвратно-поступательное движение.
При увеличении внешней нагрузки происходят деформации соприкасающихся выступов и постепенное нарастание фактической поверхности контакта. Величина сближения двух поверхностей стыков при воздействии определенной внешней нагрузки характеризует жесткость стыков. Определяя в этом случае жесткость £ (Н/мм3) поверхность стыка отношением удельного давления д к деформации у (мм), поверхности:
* = (3)
Для оценки податливости режущей поверхности нами разработана методика (рис. 1), в основе которой лежит схема последовательного измерения.
Податливость определяется одновременно в двух точках бруска. Причем, измерение осуществляется при взаимодействии колодки с направляющей поверхностью конуса оправки в двух её крайних точках.
Отличительной особенностью такой схемы является то, что определяется суммарная податливость всех колодок с брусками и степень влияния каждого из брусков комплекта на точность.
По полученным результатам построены графики перемещений брусков в двух положениях колодок относительно направляющей поверхности штока (рис. 2 и 3). Они показывают, что режущая поверхность имеет переменную податливость, о величине которой можно судить по разнице перемещений поверхностей при одинаковом нагружении. Это объясняется тем, что основная часть нагрузки приходится на одни и те же стыки, и разность между податливостью при нагружении различных брусков, зависит от различной жесткости стыков.
Рис. 2. Перемещение брусков (I - III) с колодками на регулируемой хонголовке под действием нагрузки (А - В - нижнее положение брусков)
Рис. 1. Схема измерения податливости режущей поверхности хонинговальной головки
Рис. 3. Перемещение брусков (I - III) с колодками на регулируемой хонголовке под действием нагрузки (А1 - В1 - верхнее положение брусков)
Податливость технологической системы определяется суммой податливостей, входящих в неё звеньев, поэтому уменьшение числа звеньев снижает податливость и повышает жесткость системы. Сокращать нужно не только число звеньев технологической системы, но и количество отдельных элементов системы.
При хонинговании силы резания действуют одновременно на все колодки, поэтому определение податливости отдельно в каждом стыке не дает реальной картины, так как на величину общей податливости значительное влияние оказывает положение направляющих поверхностей в корпусе, вдоль которых бруски совершают возвратно-поступательное движение. Для повышения стыков целесообразно применять методы обработки пластическим деформированием, снижающие шероховатость и значительно увеличивающие микротвердость посадочных поверхностей.
Силы резания, действующие на поверхность бруска в процессе хонингования, могут достигать 500-700 Н и выше, причем колебания, в результате действия различных факторов, достигает 50% [3]. При таких нагрузках, каждый брусок с колодкой, благодаря своей податливости может перемещаться на 20-22 мкм с разницей между ними в 10-15 мкм.
Следовательно, из-за податливости механизма разжима под действием сил резания, даже при использовании алмазных брусков на жесткой металлической связке, режущая поверхность инструмента может иметь погрешность формы до 10-15 мкм, причем величина и характер погрешностей колеблются из-за постоянного изменения сил, действующих на брусок. Это в свою очередь влияет на неравномерность износа и затупления алмазных зерен, на снижение качества поверхности и на уменьшение исправляющей способности процесса в целом.
Точность обрабатываемого отверстия, также зависит от точности направляющих поверхностей штока, по которым колодки с брусками совершают возвратно -поступательное движение к его оси.
Конструкция хонинговальной головки, оказывает большое влияние на жесткость технологической системы. Уменьшение длины и увеличение поперечных сечений оправок для крепления инструмента, применение зажимных устройств, создающих их плотное соприкосновение с технологическими базами уменьшают податливость технологической системы.
Из графика, приведенного на рис. 4 [2], следует, что при обработке партии заготовок с использованием жесткой конструкции хонинговальной головки,
жесткость которой можно представить кривой 1, колебания Ру в пределах А Ру
вызывает изменение упругих отжатий на А у]. Эта величина и определяет часть погрешности обработки, связанной с упругими отжатиями системы. При обработке тех же заготовок с меньшей жесткостью хона (обычная конструкция), характеризуемой кривой 2, такому же изменению Ру отвечает значительно большее
поле изменение упругих отжатий Ау2, т.е. существенно большая погрешность обработки. Таким образом, переход от менее жесткой конструкции хона (кривая 2) к более жесткой (кривая 1) позволяет при одинаковых колебаниях Ру (т.е. при одинаковом колебании припуска или твердости заготовок и т.д.), получить меньшую погрешность обработки, тем самым повысить геометрическую точность обрабатываемого отверстия.
Рис. 4. Влияние жесткости хонинговальной головки на колебание упругих отжатий А у] и А у2: ] - кривая жесткой конструкции хона; 2 - кривая обычной конструкции хона
При постоянной жесткости хонинговальной головки и неизменном режиме резания приращение диаметра по сравнению с теоретическим его значением
сохраняется по всей длине обработки и не вызывает погрешностей её формы. Повышение качества сборки, значительно влияет на жесткость хона.
Одной из особенностей хонинговального инструмента является его самоустанавливаемость по обрабатываемой поверхности детали в процессе резания. Радиальная подача осуществляется конусом хонинговальной головки, непосредственно раздвигающим режущие бруски без промежуточных передаточных связей. При такой короткой кинематической цепи влияние погрешностей системы станка на общую погрешность сводится к минимуму.
Износ хонинговальных брусков происходит в основном путем хрупкого разрушения, истирания и выкрашивания зерен. При алмазном хонинговании процесс износа и затупления происходит медленно, благодаря высокой стойкости алмазных брусков [1]. Таким образом, отклонения, обусловленные износом инструмента за период обработки детали, чрезвычайно малы.
На величину погрешности от предшествующей обработки оказывает влияние выбор способа радиальной подачи брусков. Если подача осуществляется по способу постоянного давления, то бруски в некоторой степени копируют первоначальную форму отверстия. Если же подача осуществляется на вполне определенную (регулируемую) величину при каждом двойном ходе хонинговальной головки, то вначале происходит срезание выступов макрорельефа, вследствие чего форма отверстия исправляется более интенсивно.
Выводы.
Одним их основных способов повышения точности обработки является уменьшение упругих отжатий технологической системы посредством повышения жесткости технологической системы.
Проведенные исследования показали, что:
- для повышения точности процесса необходимо учесть, податливость режущей поверхности хонголовки, обеспечение точных и равных между собой углов наклона направляющих поверхностей штока к его оси;
- режущие поверхности хонинговальной головки с жесткой направляющей поверхностью хвостовика обладает меньшей податливостью, что обеспечивается минимальным количеством сопрягающихся поверхностей и стыков в механизме разжима;
- для интенсивного исправления погрешностей формы отверстия необходимо, чтобы хонинговальная головка и бруски были достаточно жесткими, подача брусков дозированной. Абсолютно жёсткое закрепление брусков и их высокая стойкость создают условия, исключающие копирование погрешности формы детали при обработке.
Список литературы /References
1. Алмазный инструмент. Каталог. М.: [б. и.], 1974. 168 с. (ВНИИАЛМАЗ).
2. Маталин А.А. Технология машиностроения. [Электронный ресурс]: учебник /
А.А. Маталин. Электрон. дан. Санкт-Петербург: Лань, 2016. 512 с. Режим доступа:
https://e.lanbook.com/book/71755. Загл. с экрана/ (дата обращения: 12.11.2018).
3. Наерман М.С. Прецизионная обработка деталей алмазными и абразивными
брусками / М.С. Наерман, С.А. Попов. М.: Машиностроение, 1971. 222 с.
