Обеспечение точности хонингования тонкостенных деталей Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621. 923. 5

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ ХОНИНГОВАНИЯ ТОНКОСТЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ

Н.В. Лысенко1, Ю.А. Шилова

Самарский государственный технический университет 443100, Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Рассмотрены причины появления погрешностей обработки при хонинговании нежестких заготовок. Предложены варианты уменьшения погрешностей конструкторско-технологическими методами.

Ключевые слова: финишная обработка, точность, качество поверхности, хонин-гование, цилиндр

В современном машиностроении постоянно возрастают требования к повышению точности размеров, формы и расположения поверхностей при минимальной шероховатости микрорельефа. От этих параметров зависят надежность и долговечность машин и механизмов, при этом снижаются потери на трение, повышается КПД и т.д.

Основными методами достижения точности размеров на финишных операциях являются хонингование, суперфиниширование и различные методы доводки. При отделочной обработке поверхностей тел вращения заданная точность обеспечивается правильной отладкой технологической операции: подбором абразивных брусков, режимов резания, выбором СОЖ и соответствующей технологической оснастки, а также технологического перебега инструмента за края обрабатываемой поверхности.

Точность обработки отверстий при хонинговании зависит от ряда причин, а именно от жесткости технологической системы «заготовка-инструмент-

приспособление-станок». Значительные трудности достижения геометрической точности формы отверстий в продольном и поперечном направлениях возникают при обработке тонкостенных деталей с переменной жесткостью. Погрешности обработки отверстий объясняются несколькими причинами.

Во-первых, возникающие под действием сил закрепления тонкостенных заготовок деформации увеличивают погрешность установки и тем самым снижают точность механической обработки. Современный математический аппарат позволяет рассчитать величину деформаций при закреплении заготовок, определить форму эпюр деформаций от действия сил зажима и решить задачу оптимального проектирования технологической операции. Следовательно, силы и деформации стенок при закреплении заготовки должны быть такими, чтобы они не превышали величины требуемой точности обработки на данной операции. В работах Биргера И.А. [1], Корсакова В.С. [2], Тимошенко С. П. [3] представлены решения уравнений упругой линии поперечного сечения кольца под действием радиальных сил.

Применение общего уравнения упругой линии поперечного сечения тонкостенной цилиндрической заготовки под действием п сил значительно упрощает расчет

1 Лысенко Николай Васильевич, кандидат технических наук, доцент Шилова Юлия Александровна, студентка 4 курса e-mail: Ledi-Sh@yandex. ru

деформаций с использованием компьютерных программ и позволяет наметить пути их уменьшения.

Для вывода общего уравнения линии поперечного сечения кольца под действием п сил в дифференциальное уравнение упругой линии кольца [4]

d 2 ю MR 2

----^ + ю =--------------

d ф EJ x

подставляется значение момента М из работы [1]

п 008(Л / п -ф

(1)

M = QnR -

2л 28Іп л / п

(2)

lh3

где R - радиус срединной поверхности; E - модуль упругости; jx = - осевой

момент инерции; h - толщина стенки; l - длина (ширина) кольца; Qn - величина «-ной силы.

В результате общего решения уравнения (1) после подстановки М (2) получим уравнение упругой линии поперечного сечения кольца под действием п сил

ю =

8ІП ф +

1

28ІП

2 Л

1 . 2л

— 8ІП-------

2 п

008 ф + -

1

28ІП

2 Л

• ф • 8ІП

ф

• / . (3)

п п

Расчеты по формуле (3) показывают, что с увеличением числа сил от 2 до 6 деформации уменьшаются на 95-98%. Следовательно, при закреплении тонкостенных заготовок типа колец необходимо использовать установочные элементы в виде цанг с коэффициентом охвата наружной поверхности, составляющим 0,8-0,9. При закреплении заготовок большей длины характер деформации стенок носит более сложный характер [7].

Во-вторых, для уменьшения погрешностей обработки необходимо стремиться к тому, чтобы удельное давление брусков на обрабатываемую поверхность было величиной постоянной или изменялось незначительно при перемещении инструмента в осевом направлении. Однако это условие не может быть выполнено в связи с исходными погрешностями формы отверстия, сформированными предшествующей обработкой, а также деформацией стенок заготовок при закреплении. Кроме этого, для обеспечения цилиндричности отверстия необходимо предусматривать перебег абразивных брусков за края отверстия. Это неизбежно приводит к перераспределению удельного давления брусков на обрабатываемую поверхность, так как площадь контакта инструмента с заготовкой уменьшается. Согласно рекомендации [5], величина перебега брусков в среднем составляет 0,3 длины бруска и в каждом конкретном случае подбирается экспериментально. Мгновенное удельное давление брусков Рм на обрабатываемую поверхность заготовки при выходе брусков за края отверстия на величину у отличается от заданного номинального Рн и может быть определено по следующим зависимости:

Рн ■ 1б

Рм =Тх-----, (4)

1б - у

где 1б - длина бруска; у - величина перебега бруска.

В частном случае, когда бруски полностью находятся в отверстии, удельное давление брусков на станке заготовки составит Рм = Рн.

Рассмотрим пример хонингования отверстия 0 55 мм шестибрусковой головкой с шириной брусков Ь = 8 мм и длиной 100 мм с удельным давлением брусков Рн от 0,4 до 0,8 мПа с различной величиной перебега инструмента. Результаты расчета по формуле (1) представлены в виде графика на рис. 1.

ш

о

о

>

а

X

<и

с;

ш

го

ч

<и

о

X

-О

с;

<и

>

Величина перебега бруска, мм

Р и с. 1. Зависимость удельного давления брусков Рм от величины их перебега за края

отверстия:

1. Рн =0,4 мПа 2. Рн = 0,6 мПа 3. Рн = 0,8 мПа

Таким образом, установлено, что при технологическом перебеге брусков согласно рекомендациям [5] на 1/3 удельное давление на рабочую поверхность брусков, оставшихся в отверстии, возрастает в 1,5 раза по сравнению с номинальным Рн . При большем перебеге инструмента удельное давление на бруски резко увеличивается и носит асимптотический характер. При таких давлениях работа абразивными и алмазными брусками невозможна из-за их катастрофического износа или засаливания. Значительное повышение удельного давления вызывает увеличение упругих деформаций стенок нежестких деталей с торцевой части отверстия. Следовательно, для повышения точности формы отверстия в продольном сечении необходимо назначить такой перебег инструмента, чтобы мгновенное удельное давление брусков не вызывало предельно допустимых деформаций заготовок в радиальном направлении. С другой стороны, это не может быть реализовано на практике, так как недостаточный выход хона из обрабатываемого отверстия неизбежно приводит к потере точности в осевом направлении [5].

Изложенное выше дает основание технологу искать новые варианты обеспечения точности хонингования тонкостенных деталей. Рассмотрим некоторые из них.

В качестве альтернативного способа управления точностью обработки при хо-нинговании можно использовать бруски на эластичной основе. В этом случае рост удельного давления брусков позволит в первую очередь деформировать наименее жесткое звено «заготовка - брусок», а именно эластичную подложку бруска, не вы-

зывая деформации стенок обрабатываемой детали. Однако следует учитывать, что такие бруски не исправляют исходную погрешность формы отверстия, а лишь формируют необходимую шероховатость поверхности с различным микрорельефом и относительной опорной длиной профиля. Поэтому задачей предшествующей операции является обеспечение заданной точности обработки согласно техническим требованиям чертежа.

Другим возможным вариантом получения точности обработки тонкостенных деталей может быть применение специальной хонинговальной головки с абразивными или алмазными брусками (рис. 2).

А-А

Р и с. 2. Хонинговальная головка для обработки тонкостенных цилиндров

Хонинговальная головка имеет корпус 1, внутри него размещен шток 2 с разжимными конусами 3 и 4, на которые опираются сектора-толкатели 5. На сектора-толкатели установлен упруго-эластичный элемент 6. В средней части элемент входит в кольцевые проточки 7 секторов-толкателей 5 и удерживается от смещения вдоль оси, а винты 8 удерживают его от поворота вокруг оси. По периферии упругоэластичный элемент имеет карманы 9 для фиксирования режущих брусков 10. Разжимной шток в нижней части опирается на винтовую пружину 11, которая удерживается резьбовым кольцом 12.

Хонинговальная головка работает следующим образом. Хонинговальная головка, укрепленная на шпинделе, вводится в обрабатываемое отверстие. Головке сообщается вращательное и возвратно-поступательное движение. На шток 2 подается рабочее давление от гидросистемы станка. В результате осевого перемещения штока 2 разжимные конусы 3 и 4 прижимаются к секторам-толкателям 5. Упругоэластичный элемент 6 растягивается и передает давление режущим брускам 10, которые прижимаются к стенкам обрабатываемой детали. Под действием радиальных сил резания, прежде чем наступит деформация стенок детали, упруго-эластичный

элемент 6 деформируется сам, при этом исключает или уменьшает деформацию детали. В результате уменьшаются погрешности формы при обработке. Кроме того, конструктивное исполнение секторов-толкателей 5 с суммарной шириной 0,9-0,95 от длины окружности образуемого ими цилиндра и выбор расстояния между брусками и их шириной в соотношении не более 0,8-1,0 дополнительно уменьшает как гран-ность обрабатываемой детали, так и упругие перемещения ее станок. После окончания цикла обработки рабочее давление снимается, под действием пружины 11 разжимной шток 2 поднимается, а упруго-эластичный элемент 6 сжимает сектора-толкатели 5 и возвращает режущие бруски 10 в исходное положение.

Применение предлагаемой хонинговальной головки позволяет вести обработку тонкостенных деталей с малой и переменной жесткостью с высокой производительностью и точностью. Конструктивное исполнение головки исключает возникновение упругих деформаций тонкостенных деталей в процессе обработки. В этом случае действие сил резания на внутреннюю поверхность цилиндра можно рассматривать как нагружение его равномерным внутренним давлением, когда имеют место минимальные радиальные упругие перемещения стенок обрабатываемой заготовки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. БиргерИ.А., ПановкоЯ.Г. Прочность, устойчивость, колебания: Справочник. В 3-х т. - М.: Машиностроение, 1968. - Т. 1. - 831 с.

2. КорсаковВ.С. Точность механической обработки. - М.: Машгиз, 1961. - 379 с.

3. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов. В 2-х т.: Пер. с англ. - М.: Наука, 1965. - Т. 2. - 480 с.

4. Бояршинов С.В. Основы строительной механики машин: Учеб. пособие для машиностроительных специальностей. - М.: Машиностроение, 1973. - 456 с.

5. Хонингование. Справочное пособие. / С.И.Куликов, В.А. Фоманчук, Ф.Ф. Ризванов, Ю.М. Евсеев.

- М.: Машиностроение, 1973. - 168 с.

6. А.С. 852514 от 07.04.1981 В 24В 33/02.

7. Лысенко Н.В., Гутман Г.Н. Расчет радиальных деформаций тонкостенных деталей в процессе хо-нингования // Изв. вузов. Машиностроение. - 1983. - №7. - С. 156-158.

Статья поступила в редакцию 8 июля 2008 г.

UDC 621. 923. 5

ASSURANCE OF ACCURACY THE HONED FINISHING THIN-WALLED DETAIL

N. V. Lisenko1, Y.A. Shilova

Samara State Technical University

244, Molodogvardeiskaya str., Samara, Russia, 443100

The reason of working error appearing at honed finishing limp storage are addressed. Ways to reduce errors using deesign and technological methods are suggested.

Key words: finishing handling, accuracy, surface quality, honing, cylinder

1 Nikolay V. Lisenko, Candidate of Technical Sciences, Associate professor Yuliya .A. Shilova, student