CC BY
53
7. Михайлов, К. В. Экспериментальна баллистика. Приборы и методы баллистических измерений [Текст] / К. В. Михайлов -София: ВТС, 1976. - 388 с.
8. Patent 2691761 США, МКИ G 01 S 13/58. Microwave measuring of projectile speed [Text] / Smith J. N., Oak R., Tenn. - № 6088; claimed. 03.02.1948; published 12.10.1954, НКИ 342/105; 73/167. - 6 p.
9. Patent 4457206 США, МКИ G 01 S 13/58; F 42 C 17/04. Microwave - type projectile communication apparatus for guns [Text] / Tous lios P. P., Hartman K.- № 06/269,489; claimed 02.06.1981; published 03.07.1984, НКИ 89/14.5. - 37 p.
10. Patent 0415906 Германия, МКИ G 01 S 13/58; G 01 P 3/66. Method and device for the determination of parameters of motion [Text] / Reinhard, B., Bernhard Z. - № 19900809; claimed 09.08.1990; published 10.02.1993, НКИ G 01 S 13/58 F; G 01 P 3/66 B. - 8 p.
11. Крюков, О. М. Проблеми вимiрювального контролю параметрiв внутршньобалютичних процеав [Текст] / О. М. Крюков, О. А. Александров // Честь i закон. - 2009. - № 2. - С. 79-89
12. Выгодский, М. Я. Справочник по высшей математике [Текст] / М. Я. Выгодский. - М.: АСТ: Астрель, 2006. - 991 с.
13. Высокоточный широкодиапазонный измеритель длины волны [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://solarlaser. com/ru/products/high-resolution-wavelength-meters/high-resolution-wide-range-wavelength-meter-model-shr-/
14. Гониометр-спектрометр [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.rostest.ru/Goniometer%20spectrometer%20GS-2.php
Проаналiзовано причини вiдмов цилтдрових втулок бурових помп. Розроблено метод вiбра-цшно-видцентрового змщнення для забезпечення надiйностi деталей типу «втулка». Адаптовано вiбромашину об'емного оброблення для поверхне-вого вiбрацiйно-вiдцентрового змщнення, приведено принципову схему установки та техноло-гiчне оснащення для його реалiзацii. Опрацьовано та проаналiзовано профшограми вiброзмiцнених поверхонь. Намiчено шляхи подальших дослгджень Ключовi слова: технологiя, надштсть, безвгд-мовтсть, цилшдрова втулка, поверхневий шар,
вiбрацiйно-вiдцентрове змщнення
□-□
Проанализированы причины отказов цилиндровых втулок буровых насосов. Разработан метод вибрационно-центробежного упрочнения для обеспечения надежности деталей типа "втулка". Адаптирована вибромашина объемной обработки для поверхностного вибрационно-центробеж-ного упрочнения, приведена принципиальная схема установки и технологическая оснастка для его реализации. Обработаны и проанализированы про-филограммы виброупрочненных поверхностей. Намечены пути дальнейших исследований
Ключевые слова: технология, надежность, безотказность, цилиндровая втулка, поверхностный слой, вибрационно-центро^ежное упрочнение_
УДК 621.9.048.6
|DOI: 10.15587/1729-4061.2015.36336|
РОЗРОБЛЕННЯ МЕТОДУ В1БРАЦ1ЙНО-В1ДЦЕНТРОВОГО ЗМ1ЦНЕННЯ ДЛЯ ТЕХНОЛОГ1ЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ БЕЗВ1ДМОВНОСТ1 ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Я . М . Кус и й
Кандидат техычних наук, доцент* E-mail: jarkym@ukr.net А. М. Кук
Кандидат техычних наук, доцент* E-mail: andrij.kuk@gmail.com *Кафедра технологи машинобудування Нацюнальний ушверситет <^bBiBCb^ полЬехшка» вул. С. Бандери, 12, м. Львiв, УкраТна, 79013
1. Вступ
Науково-техшчний прогрес сприяв штенсивному зростанню складносп машин i систем [1], що спричи-нило ускладнення технологш виготовлення виробiв та складання вузлiв.
Прюритетним завданням при проектуванш ращо-нальних технолопчних процеав виготовлення деталей машин е взаeмодiя (узгодження) 1х яюсних i юль-юсних показниюв. При реалiзащi сучасних технологш намагаються, як правило, забезпечити високий рiвень техшчних вимог, високу продуктившсть процесу та максимально можливе завантаження технолопчного
обладнання.
Однак нерщко ^норуються характеристики надш-носи, яю проявляються шд час експлуатацп виробiв (рис. 1), хоча саме безвщмовшсть, довговiчнiсть, ре-монтопридатшсть i збережлившть, як основш по-казники надшноси, забезпечують бажаний ресурс роботи деталей машин [2, 3]. Критерш надшноси -один з основних критерпв при створенш складних техшчних систем [4], причому рiвень надшност в значнш мiрi визначае розвиток техшки по основних напрямках: автоматизацп виробництва, штен-сифжацп робочих процеив, економп матерiалiв i енергп [5, 6]. Вщ надшност залежать безпека, еко-номiчнiсть, ресурсозбережливiсть, конкурентоздат-шсть [7, 8].
©
Життевий цикл машини
( | л ия створення машини ( i ;i li,1 ексилуатащ!
етап конструкторсько1 шдготовки виробництва
етап технолопчно1 шдготовки виробництва
конструкторсько-технолопчно1 пщготовки виробництва
етап виробництва
Рис. 1. Життевий цикл машини
Досвщ експлуатацп машин, прилад1в, апарат1в пе-реконливо свщчить, що ix безвщмовшсть i довгов1ч-нкть залежать вщ характеру контактування спря-жених деталей одна з одною або з рщким, газовим та шшим середовнщем, що внзначае стан поверхневого шару контактннх деталей [9].
Одшею з важлнвнх характеристик над1йност1 е безвщмовшсть, яка характеризуеться як безрозм1р-ними параметрами (ймов1ршсть безвщмовнсц робо-ти P(t)), так i числовими величинами (штенсившсть вщмов X(t), середне напрацювання на вщмову Тср, напрацювання до вщмови То, середне напрацювання м1ж вщмовами Т' , параметр потоку ввдмов ffl(t)) [4, 10].
Зниження металоемносп та маси сучасних ви-po6iB призвело до шдвищення легковаговост1 машин i збьчыпення Ki.nbKOCTi нежорстких деталей [И]. Поши-реними у конструкщях машин е нежорстю пустотШ цилшдричш вироби типу «втулка» (клас 71 згщно технолоНчного класифжатора 6СКД), шдвигцена трудомктккть виготовлення яких визначаеться, пе-
реважно, специфжою IX конструктивно! будови -як правило, велика маса при незначшй поперечшй жорсткост1 та значних .ишйних розм1рах [12, 13]. Найхарактершшим видом пошкодження таких ви-роб1в, як встановлено на шдстав1 ана.гпзу умов IX експлуатацп, е зношування, що виникае при терт1 спряжених поверхонь [2, 8].
Дета.и типу «втулка» виконують р1зномаштне функцюнальне призначення [14]. Зокрема, цилшдро-в1 втулки помп НБ32 призначеш для нагштання про-мивно1 рщини (сум1пп води та глинястого розчину) в свердловину при геологорозвщувальному та струк-турно-пошуковому буршш на нафту 1 газ (рис. 2).
Технолопчний процес буршня зд1йснюеться у тк-ному взаемозв'язку вих комплекс1в обладнання, що мають р1зне функцюнальне призначення, при цьому вщмова або несправшсть одного вузла або елемен-та призводить до виходу з ладу об'екта системи або комплексу загалом [14].
Досвщ експлуатацп деталей машин, зокрема 1 цилшдрових втулок бурових помп, переконуе, що вс1 вщмови виробу пов'язаш з технологию, осюльки саме вона визначае р1вень якост1 та вс1 властивост1, отримаш в процес1 виготовлення деталей 1 складання вуз.ив. Технолопчний процес виготовлення, складання та контролю виробу повинен з найменшими ви-тратами часу 1 засоб1в забезпечити необхщний р1вень якост1 продукцп, зокрема 1 над1йшсть [2, 3].
Очевидно, що проблема над1йност1 вироб1в, зокрема 1 цилшдрових втулок бурових помп - комплексна, тому створення передумов для и вир1шення е прюри-тетним напрямком у галуз1 машинобудування.
V:
0.80
¡: R0.2 А [
В
Позначен« ■ Шифр D, лш D1 , ни
нвп ют B131M-2S2 80 90
--. г з;.; JMJ в «г s 0-162 90 100
вт,т-ж too •'■" 110
В132 i 10-282 110"" 120
В132.Ц0-Ж 120 123
В (2:1)
2. Лнал'|л лкературних даних та постановка проблеми
Особливктю проблеми над1йносП е И зв'язок з1 вс1ма етапами стадп створення машини (рис. 1), осьалыси кожний з еташв вносить св1й внесок у роз-роблеиия машини необхщного р1вня над1йносН з найменшими витратами часу 1 засоб1в. На еташ кон-структорсько-технолопчно1 шдготовки виробництва закладаються показники над1йносП вибором матерь а.гпв, розробленням прогресивних конструкций вуз-.гпв 1 робочих креслень деталей ¿з обгрунтованими техшчними вимогами, проектуванням рацюнальних технолопчних процес1в мехашчного оброблення ви-роб1в 1 складання вуз.гпв. При виготовленш машин забезпечуеться IX над1йшсть, причому реа.гпзуються характеристики безвщмовносН, довгов1чносН, ре-монтопридатносН та збережливосП лише на стадп експлуатацп (рис. 1).
При цьому необхщно виявляти зв'язки м1ж показ-никами над1йносП 1 можливосП щодо IX шдвшцення на кожному з еташв стад1й створення машини та и експлуатацп [2, 7].
Загальш аспекти теорп над1йносП та ф1зики вщ-мов висвилеш у працях М. Г. Бруевича, Б. В. Гнеденко, Г. В. Дружинша, Б. I. Костецького, I. В. Крагельського, 3. М. Лев1но1, В. О. Острейковського, А. М. Полов-ко, О. С. Прошкова, Д. М. Решетова, Б. С. Сотскова, В. М. Труханова, Ф. Боудена, Дж. Неймана, А. Шрса, К. Шеннона тощо.
Питаниям технолопчного забезпечення над1й-носП вироб1в присвячеш роботи I. С. Афтаназ1ва, Л. М. Александровсько1, В. М. Браславського, Б. I. Бута-кова, А. М. Дальського, М. Б. Дьомкша, П. О. Киричка, I. В. Кудрявцева, Я. М.Литвиняка, Д. Д. Папшева, Ю. Г. Проскурякова, А. О. Маталша, О. С. Прошкова, Е. В. Рижова, А. Г. Суслова, Л. О. Хворостухша, П. I. Ящерщина та ба-гатьох шших науковщв.
В роботах [2, 3] вщзначаеться, що безпосередньо встановити зв'язок параметр1в технолопчного процесу та показштв над1йносП досить складно (рис. 3).
На практищ, як правило, ана.гпзують та дос.гпджу-ють основш параметри якосП поверхш у взаемозв'язку ¿з експлуатащйними властивостями деталей машин 1 прилад1в, як1 вони визначають. Зокрема, в робой [7] на основ1 теоретичного та емшричного опису експлуата-щйних властивостей деталей машин встановлений IX взаемозв'язок ¿з параметрами якосН поверхонь.
Однак залежшсть експлуатащйних властивостей виробу вщ показниюв якосП готового виробу вель-ми складна та неоднозначна ¿з наступних м1рку-вань [2]: процес втрати працездатносН шдкоряеться законом1рностям випадкових функщй через змшу умов експлуатацп та нестабьчьносН технолопчного процесу; через складносП бьчыпосП технолопчних
процес1в 1 супутшх поб1чних явигц важко виявити вс1 П параметри процесу, як1 д1йсно впливають на експлуатащйш властивосН виробу. Розкриття залеж-ностей м1ж якктю виробу 1 його експлуатащйними властивостями базуеться на вивченш ф1зичних про-цес1в руйнування матер1а.гпв [2, 8, 9].
Не менш важливим 1 вщповщальним етапом про-ектування машин 1 прилад1в, пов'язаним з виршенням складних завдань, е нормування геометричних 1 ф1зич-них (ф1зико-мехашчних) параметр1в якосП поверхш. Ця складшсть обумовлена, з одного боку, багатофактор-шстю залежностей 1 зв'язюв службових властивостей деталей з якктю IX поверхонь 1 IX недостатньою вив-чешстю, з шшо1 — недостатньою досконалктю способ1в фшшжп обробки, заснованих на р1занш матер1а.гпв [9].
Дос.гпдженнями [2,8] встановлено, що загалом формування вихщних параметр1в якосП та пов'яза-них з ними експлуатащйних характеристик вщбу-ваеться на ф1шшних 1 викшчувально-змщнювальних операщях, причому бьчышсть параметр1в операщй безпосередньо визначають над1йшсть технолопчного процесу. Однак с.гпд враховувати явигце «техноло-пчшл спадковостЬ>, пов'язане ¿з впливом поперед-шх операщй на параметри ф1шшних 1 викшчуваль-но-змщнювальних операщй [11, 15].
Таким чином, фшшш та викшчувально-змщню-вальш операцп технолог1чного процесу мають безпосе-редшй 1 ктотний вплив на показники над1йност1, хоча щ зв'язки складн1 та багатоетапн1,1 не е очевидними.
Розв'язання проблеми забезпечення над1йносП та пщвигцення довгов1чносП деталей типу «втулка» нафтогазовидобувного обладнання, коли вичерпаш ресурси матер1ал1в, з яких вони виготовлен1, на нашу думку, може бути зд1йснене за рахунок комплексного виршення як з точки зору покрагцання конструктивно! будови, так 1 за рахунок вибору оптимальних техно-лог1чних метод1в оброблення зазначених вироб1в що особливо важливо, розроблення конкурентоздатного технолопчного оснащения для IX реал1зацп [12, 16].
Сучасш досл1дження переконливо свщчать, що немае ун1версального методу забезпечення над1йносП та п1двищення довгов1ч-ност1 цил1ндричних вироб1в [3,9, 11-13]. Однак досвщ промислового впроваджен-ня ефективних енергоощадних технолог1й переконливо свщчить, що одними ¿з найе-фективн1ших посеред в1домих ф1н1шних 1 викшчувально-змщнювальних операц1й стосовно оброблення р1зномаштних деталей машин, що працюють в умовах зношування та знакозмшних навантажень, е вк)ращйш технолог11 завдяки достатньо широким технолопчним можли-востям 1 здатносП як1сного зм1цнювального оброблення поверхонь вироб1в [9, 13, 17-19].
1нженери-практики констатують, що нараз1 в Укра1ш обмаль над1йних конструкц1й власного виробництва, а машини провщних свиових компан1й надзвичайно дорог1 Тому, попри ви негаразди, слщ розширювати та вдосконалювати власне виробництво р1зномаштних машин, механ1зм1в 1 деталей, яю за ц1ною були б доступш вичизняним споживачам, во-лод1ли достатшм запасом над1йност1 та конкуренто-здатносП [16]. Причому на сучасному еташ розвитку машинобудування в умовах кризи доц1льно не проек-
Рис. 3. Схема залежносп показники надшност1 вщ р1вня технологтного процесу [2]
тувати нове ефективне, однак варткне технолопчне обладнання та реалiзуюче його оснащення, а адапту-вати пiд конкретш вимоги перевiренi часом конструк-цп [12]. З iншоi сторони, застосування теоретичних та практичних основ теорп надшност для пiдвищення ресурсу широ^ номенклатури виробiв, зокрема i деталей типу «втулка» нафтогазовидобувного обладнання, сприятиме проектуванню та впровадженню у ви-робництво ефективних енергоощадних машин [13, 16].
3. Мета та задачi дослщження
Мета дослщження полягае в розробленнi методу вiбрацiйно-вiдцентрового змiцнення та реалiзуючо-го його технолопчного оснащення для забезпечення надшносп цилiндрових втулок бурових помп на ви-кiнчувально-змiцнювальнiй операцii технологiчного процесу виготовлення.
Для досягнення поставленоi мети вирiшувалися наступш задачi:
1) провести огляд i аналiз лiтературних джерел стосовно методiв забезпечення надiйностi, зокрема безвiдмовностi, деталей машин типу «втулка», зокрема, цилшдрових втулок бурових помп;
2) встановити технолопчш можливосп, область ви-користання та класифжацшш ознаки методу вiбра-цiйно-вiдцентрового змiцнення деталей машин типу «втулка», як одного з найращональних для забезпечення необхщних експлуатацшних характеристик виробiв;
3) розробити технолопчне оснащення для реалiза^ цп вiбрацiйно-вiдцентрового змiцнення деталей типу «втулка»;
4) експериментально дослщити впливу вiбрацiй-но-вщцентрового змiцнення на параметри поверхне-вого шару та характеристики безвщмовноси цилш-дрових втулок.
4. Розроблення методу вiбрацiйно-вiдцентрового змщнення деталей типу «втулка»: технологiчнi можливоси, область використання, технологiчне оснащення, методи дослщжень
4. 1. Технологiчнi можливоси, область використання та класифжацшш ознаки методу вiбрацiйно-вiд-центрового змщнення деталей машин типу «втулка»
Зпдно [13] ва способи фiнiшного та викшчуваль-но-змiцнювального оброблення включають 5 груп ме-тодiв: класичнi методи оброблення рiзанням iз зняттям стружки, методи хiмiко-термiчного оброблення та на-несення покрить, методи оброблення тиском (поверх-неве пластичне деформування (ППД)), сумiщенi методи викiнчувального оброблення та комбшоваш методи. Найпредставницькою е група методiв, що базуеться на поверхневому деформуванш матерiалу. З помiж спо-собiв оброблення ППД найбiльшоi уваги за рахунок контактно-ударноi взаемодп на деталь робочих тiл чи шструменту заслуговують методи динамiчноi ди. Ро-зроблений у Нацiональному ушверситет "Львiвська полггехшка" метод вiбрацiйно-вiдцентрового змщнення (ВВЗ) деталей форми тш обертання завдяки завдяки змшно-контактнш взаемодii змщнювального шстру-менту iз оброблюваною поверхнею деталi належить до
групи методiв динамiчного змiцнення. Переваги даного методу полягають у забезпеченнi високого рiвня енер-гii деформування, високiй продуктивности простотi, надiйностi, компактностi та ушверсальносп змщню-вальних пристроiв, можливостi яюсного оброблення внутрiшнiх поверхонь нежорстких втулок. Процес змь цнення ВВЗ не змшюе геометричноi форми деталi та не вимагае спещального припуску тд оброблення. Метод ВВЗ може бути використаний для змщнення виробiв, виготовлених як iз кольорових металiв та сплавiв, так i з рiзних марок сталей, якi пiддаються деформуванню у холодному станi; при цьому, завдяки широкому дiапа-зону регулювання легко пiдiбрати оптимальнi режими змщнювального оброблення. Особливо ефективне ВВЗ для змщнення деталей, яю тддаються в процеа експлу-атацii знакозмiнним циклiчним навантаженням [13].
На рис. 4 представлена класифжащя рiзновидiв вiбрацiйно-вiдцентрового змщнення деталей, де як критерп под^у використанi тип оброблюваноi поверх-т, розташування змiцнювальних пристроiв вiдносно оброблюваноi поверхнi, форма деформiвних тiл, рух виконавчого органу змщнювальних пристроiв, характер подач^ тип використовуваного приводу, з'еднання елеменпв приводу iз виконавчими органами змщнювальних пристроiв.
Рис. 4. Класифкацшш критери вiбрацiйно-вiдцентрового змщнення деталей машин класу 71 зпдно £СКД
Ця класифжащя охоплюе лише основш кiнематичнi та конструктивнi ознаки змщнювального обладнання при використанш методу ВВЗ для оброблення деталей форми пл обертання, зокрема нежорстких. Крiм цього, змщнювальш пристроi вiдрiзняються за юльюстю та
розташуванням деформiвних елементiв (одно-, дворяд-т тощо), характером вiдбитка, що спричиняють дефор-мiвнi тiла (каплевидний, елшсощний), за конструкцieю деталей для закршлення деформiвних елементiв тощо.
На пiдставi класифiкацiйних критерiiв розробленi рiзноманiтнi принциповi схеми ВВЗ, якi вiдрiзняються формою, характером фжсування та особливостями руху деформiвних тiл, характером подачi змщнюваль-ного пристрою, типом використовуваного приводу та характером здшснюваних перемiщень виконавчого органу змщнювальних пристроiв.
Широка гама деталей, що обробляються методами ППД, не дозволяе розробити одну принципову схему та спроектувати один ушверсальний пристрш, який мож-на було б використовувати при виготовлент вах деталей. Вiдмiннiсть у фiзико-механiчних властивостях матерiалiв, iз яких виготовлет деталi, 'iх маса, габарити, поздовжня та поперечна жорсткосп, верстатне чи поза-верстатне оброблення змiцненням, тип виробництва та iншi фактори в кожному окремому випадку змушують конструктора й технолога шука-ти оптимальт варiанти проектування нових пристроiв для оброблення деталей ППД з тим, аби забезпечити за високих техшко-економiчних показниках отримання готових виробiв iз прогнозованими властивостями [3, 9, 11, 13].
Разом iз тим, для здшснення поверхне-вого змщнення методом ВВЗ в умовах кризи дощльно адаптувати пiд конкретнi умови кнуюче технологiчне обладнання та осна-щення, зокрема, машини об'емного вiбрацiй-ного оброблення, яке за умови спорядження його додатковими нескладними пристроями та системами керування пiддаеться авто-матизацii, забезпечуючи при цьому високу продуктившсть.
4. 2. Технологiчне оснащення для реа-лiзащ¡ вiбрацiйно-вiдцентрового змщнення деталей типу «втулка»
У Национальному ушверситеп «Львiвська полиехшка» здiйснено першi спроби адаптацii обладнання об'емного вiбрацiйного оброблення (вiбромашини об'емного оброблення) для реалiзацii методу вiбрацiйно-вiдцентрового змщнення (ВВЗ) деталей машин форми тш обертання, розробленого у «Львiвськш поль техшщ». Методом ВВЗ обробляли внутршш поверхнi цилiндрових втулок буровоi помпи НБ32 (рис. 2). Принципова схема установки для реалiзацii методу ВВЗ приведена на рис. 5.
Класична конструкщя вiбромашини об'емного оброблення iз дебалансним приводом використана нами для оброблення ВВЗ внутршшх поверхонь цилшдро-вих втулок буровоi помпи НБ32.
У порожнину оброблюваноi втулки 6 вшьно вста-новлюють обкатник 7, армований полiуретаном, i за-сипають деформiвнi тiла 8, об'ем яких встановлюють експериментальним шляхом або на пiдставi рекомен-дацiй. З торщв втулку закривають кришками 10, 11 iз компенсацiйними втулками 12, 13 i стягують гвинта-ми 24 iз гайками 25 i шайбами 26. Для якiсного оброблення внутрiшньоi цилiндричноi поверхнi вздовж твiрних обкатнику забезпечують осьове перемщення.
На посаднi шийки обкатникiв встановлюють втулки 16, 17, причому гайки 18, 19 iз шайбами 20, 21 обме-жують '¿х осьове перемщення. Масу обкатниюв розра-ховують за умови забезпечення необхщного зусилля оброблення поверхонь виробiв. Пiсля цього оброблювану втулку 6 iз спорядженням, описаним вище, базують по зовшшнш цилiндричнiй поверхнi на опорi 9 - швелерi, привареному до плити, що встановлюеться за допомогою фаски на внутршнш обгумованiй поверхнi вiброкон-тейнера 4 ( базування в призм^. Закрiплення втулки 6 здшснюеться за допомогою прихвата 10, реалiзованого за допомогою швелера, привареного до плити, i планки 14, що розпираються двома центрально розташовани-ми тдп'ятниками 14. Планка 14 встановлюеться за допомогою фаски на внутршнш обгумованш поверхнi вiбро-контейнера 4. Перемiщення пiдп'ятникiв здшснюеться за допомогою рiзi у планщ 14. Для запобiгання пошкод-ження рiзi пiд час вiбрацiй контейнера i для надiйного закрiплення служать гайки 22 [12].
Рис. 5. Принципова схема установки для реалiзацN вiбрацiйно-вiдцентрового змщнення на вiбромашинi об'емного оброблення
Оздоблювально-викшчувальне оброблення вну-трiшнiх поверхонь цилшдрових втулок 6урово' помпи НБ32 здшснюють у такiй послiдовностi. При подачi напруги на обмотки двигушв 1 через пелюстковi муф-ти 2 крутш моменти передають на дебаланси 3, обертання яких спричиняе коливання iз заданою амплггудою вiброконтейнера 4. За рахунок вiбрацiй контейнера 4 вiльно встановлений у втулщ 6 обкатник 7 самовтягуеть-ся у режим вiбрацiйного тдтримання обертання, який супроводжуеться обкочуванням по внутршнш обро-блюванiй поверхнi цилшдричшо! деталi 6. Обкочування обкатника 7 вщбуваеться по вiльно розмiщених мiж ним i оброблюваною поверхнею деформiвних тiлах 8 (у даному
випадку - стальних загартованих кульках). У дискрет-ний пром1жок часу контактування внутр1шньо1 поверхш втулки 6 [з обкатником 7 вщбуваеться через незнач-ну юльюсть деформ1вних тш 8, розташованих вздовж тв1рних оброблювано! поверхш деталь Контактування детал1 з черговою групою кульок вщбуваеться з ударом, причому тшами, що сшвударяються, е масивш обкатник! деталь6.Наявшстьсшвударяньвтулки61зобкатни-ком 7 при контактуванш1х через незначну юльюсть де-форм1вних тш приводить до розвитку великих контакт-них напружень у матер1ал1 оброблювано! детал1 в мкщях контакту в результат! чого оброблюваний матер1ал пластично деформуеться, змщнюеться.
Експериментальний зразок технолопчного оснащения для в1брацшно-вщцентрового змщнення вну-тр1шшх поверхонь цилшдричних деталей приведений на рис, 6, а, б.
а б
Рис. 6. Технолопчне оснащения для в1брацшно-вщцентрового змщнення внутршшх поверхонь цилшдричних виробт на в1бромашиш об'емного оброблення: а — в1брацшно-вщцентровий обкатник ¡з цилшдровою втулкою, б— обкатник ¡з технолопчним оснащениям у в1бромашиш
Товщину змщненого шару стушнь та р1вном1ршсть змщнення регулюють за допомогою змши часу оброблення, типорозм1р1в деформ1вних тш, маси обкатни-ка, ампл1туди коливань.
Армування обкатника пол1уретаном замкть гуми суттево шдвищуе стшюсть шструменту. Для оброблення цилшдрово! втулки шитого типорозм1ру (ЮО+0-14 мм, 110+0-14 мм, 120+0'14 мм тощо) виготовляють шший обкатник \ армують його пол1уретаном.
4. 3. Методика реал1заци експериментальних до-
слщжень
Експериментальш дослщження проводили на ма-
шин! об'емного в1брацшного оброблення та визначали
параметри якост1 поверхневого шару, зокрема геоме-
тричш. Осюльки визначення геометричних параметр1в якост1 поверхш, зокрема шорсткостт вщноситься до
неруйшвних метод1в контролю, то експериментальш дослщження проводили на цшпндрових втулках бурово!
помпи НБ32 [з д1аметрами робочо! поверхш0 1ОО+014 мм [ 0 11О+о,14мм (рис, 2). Матер1ал втулок зпдно техшчних вимог сталь 70 ГОСТ 1050-74. 3 метою зменшення соб1вартост1 виготовлення втулок та для оцшки пара-метр1в безвщмовност1 в дослщжуваних вироб1в було замшено матер1ал на сталь 20 ГОСТ 1050-74.
Оброблення ВВЗ здшснювали у таюй послщовностг
1) оброблення деформ1вними тшами - стальними загартованими кульками 0 10 мм;
2) змщнення внутр1шньо1 поверхш вироб1в кульками 0 8,5 мм;
3) очищения оброблено! поверхш вщ бруду шсля попередшх обробок за допомогою уралпу («морських камшщв»);
4) нанесения твердосплавного покриття ВК8 для шдвищення зносостшкостт
Перед обробленням деформ1вш тша змочили водою для зменшення тертя та покращання умов обкочу-вання. За установкою збирали вузол i3 оброблювано! детали деформ1вних тш i обкатника, шсля чого закрь плювали на установщ.
Параметри режим1в оброблення: амплпуда коливань контейнера - А=3-4 мм; осьовий хщ обкатника - 2-5 мм; заповнення робочого об'ему деформ1вними тшами м1ж внутршньою иоверхнею втулки та зовшшньою поверх-нею обкатника - 0,75-0,85.
Тривалтоть оброблення на кожному переход! -10-15 хв.
Особливктю в1брацшно-вщцентрового змщнення е можливтоть формування твердосплавного покриття на виконавчш поверхн1 виробу [12, 16].
Шсля обробки виробу оснащения розбирали та визначали геометричш параметри шорсткост1 за допомогою вим1рювального комплексу, принципова схема якого приведена на рис, 7, а фотограф1я на рис, 8.
н 2 с
о т
=3
—
С
Рис. 7. Принципова схема вим1рного комплексу для проведения експериментальних дослщжень
Рис. 8. Комплекс для вим1рювання геометричних параметра якосп поверхш виробт
Опрацювання профшограм з метою шдвищення точност1 i зменшення трудомкткост1 розрахунку то-пограф1чних характеристик мжрогеометрп поверхневого шару на основ1 профшограм виконували при використанш коми'ютерно! програми Roughness Plot Analyzer (рис, 9, а, б) [20].
Профоограф-профшометр мод. "fCaniGp С-265"
I
Пристрш узгодження (ПУ) ♦
Аналогово-цифровий перетворювач t
Прикладне програмне забезпечення цля перетворення аналогового сигналу
t
Прикладне програмне забезпечення для опрацювання цифрового ситалу
File Calculate Settings Help
File Calculate Settings Help
Jj
jU jlJ JLJ jlJ jlJ
Get Data I
Results:
Ra=0,6915 Rz=1,382929 Radius=5144.G70Î L=170,679G Rman=3.1914 Rq=0,835 Rp=1.2075 Kp=0,621 G T M=0,7486 5=29,7037 Sm=85,3398
Complet
V', r ikm
U
u,t
0,4 1
U r
IJ..-1 J
■LI..! f
■U
U
-2 30 60 90 120 150 190 210 240 ! mkm
"
Y
IJ
U,1
0,2,
0.;
U A
Lit ........jS
IJ.t i
U J i
IJ.': 0,':
1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 OS 0,6 0,7 0,0 0,0 1 X
Pue. 9. Pe3y^bTaTM KOMn'ioTepHoro oпpaцoвaннfl MÎKpope^be^y noBepxHeBoro mapy: a — npo^morpaMa BÎflnpaBHoÏ noBepxrn;6 — npo^morpaMa noBepxHi 3
HaHeceHUM TBepflocn^aBHMM noKpuTTHM
a
Важливе значення на фшшних i оздоблюваль-но-викiнчувальних операцiях технологiчних процесiв виготовлення виробiв мае контроль як параметрiв технологiчного процесу, так i характеристик виробiв згiдно технiчних вимог. Методи апаратного контролю складшш^ трудомiсткiшi та вартюшш^ однак, як правило, забезпечують вищу точнiсть порiвняно iз методами безапаратного контролю. Серед методiв безапа-ратного контролю заслуговуе на увагу метод контролю технологiчного процесу, шд час якого контролюеться не мiкрогеометрiя поверхнi та фiзико-механiчнi пара-метри поверхневого шару, а технолопчний процес, в« умови та режим обробки контрольованоi поверхнi [9].
Рацiональне поеднання методiв контролю спри-ятиме шдвищенню продуктивностi опрацювання результатiв при забезпечент необхiдноi точностi вимiрювань та зменшенню загальних витрат. Зокре-ма, в даних дослвдженнях контролювали параметри щорсткоси методом апаратного контролю при викори-станнi вимiрювального комплексу, пiсля чого змщнет втулки iз сталi 20 разом iз оригiнальними шлiфовани-ми та термозмщненими втулками iз сталi 70 скерову-валися на бурову для ощнки ''х працездатностi.
Критерiем працездатностi служило середне напра-цювання на вщмову Тср., напрацювання до вщмови Т0, як основнi показники безвщмовносп виробу. На пiдставi результапв випробувань складено вiдповiдний акт.
5. Результаты експериментальних дослiджень впливу
вiбрацiйно-вiдцентрового змiцнення на параметри поверхневого шару та характеристики безвщмовноси цилiндрових втулок
Результати експериментальних дослвджень пара-метрiв мiкрорельефу поверхнi приведено у табл. 1.
Таблиця 1
Змша параметр^ рельефу поверхш у процес оброблення
ВВЗ
Поолщовнють в1брооб-роблешшя
вщправна поверхня
оброблешшя кульками 0 10 мм
оброблення кульками 0 8,5 мм
очищення уралгтом
шашесешшя покриття ВК8
Параметри рельефу поверхнк мкм
4,0093
0,5487
0,8774
1,0470
0,6915
Я»
12,7439
2,1325
1,1734
4,1642
1,3829
Я
15,7520
3,0464
6,8524
4,9040
3,1914
3
72,2194
50,654
128,737
45,6760
29,7087
79,4332
288,00
358,33
112,90
85,3398
Побудова профшограм шсля переходiв вiбрацiй-но-вiдцентрового змiцнення виконана на рис. 10, а-д.
Кривi опорних поверхонь шсля переходiв вiбрацiй-но-вiдцентрового змщнення приведено на рис. 11, а-д.
Акт про проведення випробувань приведено на рис. 12.
Експериментальш дослвдження стосовно впливу вiбрацiйно-вiдцентрового змiцнення на параметри поверхневого шару виробiв проводилися у Нащональ-ному ушверситеп «Львiвська пол^ехшка», натурнi випробування вiброзмiцнених втулок здiйснювалися за участю ПП «Техноресурс».
ю
о.о
е 4
В 3,5 а.
3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 п п
X, тт
0.5
1.0
1,5
2.0
X , тт
п я
X . тт
20 40 60 80 100 120 140 160 180
X. ткт
Рис. 10. Профтограми поверхш пюля переход^ ВВЗ: а — в1дправноТ поверхш; б — оброблення кульками 0 10 мм; в — оброблення кульками 0 8,5 мм; г — очищення урал1том; д — нанесення покриття ВК8
с
Г-
0,0-
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8
а
о.о-
0.2 0.4 0.6 0.)
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Рис. 11. Кривi опорних поверхонь тсля переходiв ВВЗ: а — вщправна поверхня; б — оброблення кульками
0 10 мм; в — оброблення кульками 0 8,5 мм; г — очищення урал^ом; д — нанесення покриття ВК8
Рис. 12. Акт про результати випробувань цилшдрових втулок
6. Опрацювання результатав дослщжень та висновки за _результатами дослщжень_
Результати статистичного опрацювання експериментальних дослщжень приведено на рис. 13, а-в i рис. 14.
Формування мжрогеометрп поверхш тертя вщб-уваеться в результат процесiв пластичного та пруж-ного деформування мiкронерiвностей, !х втомного руйнування, а в деяких випадках, мiкрорiзання та глибокого виривання. Тому, очевидно, мiкронерiвно-стям на фшшних або оздоблювально-викiнчувальних операцiях необхщно надати плосковершинну форму. На згладжених нерiвностях краще формуеться плiвка мастильного матерiалу, створюються сприятливiшi умови для створення пружного контакту поверхонь, попереджуеться переев в зонi контакту та змша в'яз-костi мастила.
На пiдставi опрацювання профiлограм (рис. 10) вда-лося виявити складну форму опорних кривих (рис. 11). В процеа вiброзмiцнення форма криво! опорно! поверх-нi змiнюеться - вона стае полопшою (висота до 70 % мжровистутв становить 0,5...0,6 Rmax), що свiдчить про наближення рельефу поверхш до плосковершинного. Вщомо, що для забезпечення нормально! роботи пари тертя необхщно, щоб поверхнi тертя спряжених
Я
р
деталей володгли певною оливомгсткгстю, а висоти мг-кронерiвностей для пiдвищення здатностi пари тертя i забезпечення опору !х деформацГ! в пружному режимi були впорядковаш.
=-ИЯа)
12 3 4
Послщовшсть оброблення
0 12 3 4
Послщовшсть оброблення
в
Рис. 13. Змша висотних параметр1в п1сля оброблення детал1 ВВЗ: а — змша параметр1в Ra, Rz; б — зм1на параметра Rр; в — зм1на параметра Rmax
Рис. 14. Зм1на крокових параметр1в (S, Sm) п1сля оброблення детал1 ВВЗ
На пiдставi аналiзу статистичного опрацювання результатiв дослiджень (рис. 13, а-в, рис. 14) можна зробити висновки. Оброблення деталГ ВВЗ дозволяе зменшити висотш параметри 11 поверхш (Ra, Rz, Rp , Rmax) у 3-5,8 pазiв. Стосовно змши крокових параме-трГв, то шсля нанесення твердосплавного покриття сеpеднiИ крок неpiвностей по вершинах S зменшуеться в 1,5-2,4 рази, а середнш крок неpiвностей профГлю Sm практично не змшюеться порГвняно Гз вГдправною поверхнею. Це свГдчить про зрГзання чи деформуван-ня вершин мшровистушв рельефу поверхнГ у процесГ вГброзмщнення.
На пГдставГ акту про результати натурних випробу-вань цилГндрових втулок бурових помп НБ32 (рис. 12) можна зробити таю висновки. Шсля вГбращйно-вщ-центрового змщнення цилГндрових втулок бурових помп середне напрацювання на вГдмову Тср. шдвищи-лося в 1,79 рази порГвняно з оригшальними шлГфова-ними та термообробленими втулками, крГм цього еко-номГчний ефект забезпечуеться при змГш матерГалу зГ сталГ 70 на сталь 20.
7. Загальш висновки та перспектива подальших дослщжень
Формування експлуатацГйних показникГв виробГв вГдбуваеться на фГнГшних Г оздоблювально-викшчу-вальних операцГях, причому останш мають перевагу за рахунок можливого одночасного шдвищення точ-ностГ, якостГ оброблення та забезпечення необхГдних значень геометричних Г фГзико-мехашчних параме-трГв поверхневого шару. Саме удосконалення оздо-блювально-викГнчувальних операцГй у технологи ви-готовлення вГдповГдальних цилГндричних деталей сприятиме покращанню !х експлуатацГйних характеристик, уможливить знизити !х собГвартГсть Г перейти на використання дешевих конструкцшних сталей.
Проте, стосовно внутрГшшх поверхонь втулок бурових помп, вГдомий на сьогодш арсенал оздоблю-вально-викшчувальних технологГчних операцГй Г об-ладнання для його реалГзацГ! недостатньо ефективш. Це висувае на перший план потребу удосконалення вГдомих Г розроблення нових високоефективних оз-доблювально-викГнчувальних операцГй, якГ здатш забезпечити експлуатацГйнГ показники металевих виробГв Гз пГдвищенням продуктивностГ працГ та зниженням енергоемностГ використовуваного облад-нання. АналГз, проведений на основГ класифГкацш цилГндричних виробГв та матерГалГв, з яких вони виготовлеш, характеристик технологш Г обладнання для забезпечення основних параметрГв якостГ поверхнГ та виробничого досвГду пГдприемств, переконливо свГдчить, що найперспектившшими для покращання експлуатацГйних характеристик деталей типу «втулка» серед вГдомих оздоблювально-викшчувальних операцГй е методи оброблення поверхневим пластич-ним деформуванням (ППД).
Посеред групи методГв ППД заслуговують на увагу, з огляду ефективностГ застосування, методи викш-чувально-змГцнювального оброблення, що базуються на використанш вГбрацГй. Проте, як показуе аналГз розвитку теоретико-експериментальних дослГджень Г досвГд промислового використання вГбрацГй для оздо-
а
блювально-викшчувальних операцш, енергiя дефор-мування у практично Bcix вiбрацiйних методах оброблення обмежена масою та прискоренням руху окремо взятого оброблювального тша - сталевоï кульки чи ролика, що не завжди забезпечуе оптимальш значення експлуатацiйних показникiв. Крiм цього, вiбрацiйне оброблення, як i майже Bei методи групи динамiчного деформування ППД, малоефективна для змщнення внутршшх поверхонь трубчастих виробiв та одночас-ного оброблення внутрiшнiх та зовтштх поверхонь стержневих виробiв.
Мабуть лише вiбрацiйно-вiдцентрове i3 вiдомих методiв вiбрацiйного оброблення дозволяе вирiшити поставленi завдання.
Вибiр методу оздоблювально-викiнчувального оброблення визначаеться забезпечення якост поверхнi,
собiвартiстю оброблення, продуктивнiстю використо-вуваного обладнання та його ушверсальшстю.
Стосовно ушверсальносп, тобто можливостi вико-ристання для оброблення рiзних типорозмiрiв виробiв, то в даний час у Нащональному ушверситеп «Львiвська полтгехшка» з устхом здiйснено адаптовано обладнання об'емного вiбрацiйного оброблення (вiбромашини об'емного оброблення) для вiбрацiйно-вiдцентрового змiцнення внутрiшнiх поверхонь цилшдричних виро-бiв, зокрема цилшдричних втулок буровоï помпи НБ32.
Подальшi дослiдження у цьому напрямку - опти-мiзацiя режимiв оброблення та розроблення практич-них рекомендацiй по використанню вiбрацiйно-вiд-центрових змiцнювачiв з дебалансним приводом для покращання експлуатацшних характеристик деталей типу «втулка».
Лиература
1. Острейковский, В. А. Теория надежности: учебник для вузов [Текст] / В. А. Острейковский. - М. : Высш. школа, 2003. - 463 с.
2. Проников, А. С. Надежность машин [Текст] / А. С. Проников. - М. : Машиностроение, 1978. - 592 с.
3. Афтаназ1в, I. С. Технолопчне забезпечення надшност деталей машин: конспект лекцш для студенев спещальност 7.090202 "Технолопя машинобудування" [Текст] / I. С. Афтаназ1в. - Льв1в: ДУЛП, 1998. - 132 с.
4. Труханов, В. М. Надежность технических систем типа подвижных установок на этапе проектирования и испытания опытных образцов [Текст] / В. М. Труханов. - М. : Машиностроение, 2003. - 320 с.
5. Решетов, Д. Н. Надежность машин [Текст] / Д. Н. Решетов, А. С. Иванов, В. З. Фадеев. - М. : Высш. школа, 1983. - 237 с.
6. Половко, А. М. Основы теории надежности [Текст] : уч. пос. / А. М. Половко, С. В. Гуров. - СПб, 2006. - 704 с.
7. Александровская, Л. Н. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем [Текст] : учебник / Л. Н. Александровская, А. П. Афанасьев, А. А. Лисов. - М.: Логос, 2001. - 208 с.
8. Суслов, А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин [Текст] / А. Г. Суслов. - М. : Машиностроение, 2000. - 320 с.
9. Шнейдер, Ю. Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом [Текст] / Ю. Г. Шнейдер; 2-е изд., пе-рераб. и доп. - Л. : Машиностроение, Ленинград. отд-ние, 1982. - 248 с.
10. Надежность технических систем [Текст] : справочник / под ред. И. А. Ушакова. - М. : Радио и связь, 1985. - 606 с.
11. Ящерицын, П. И. Упрочняющая обработка нежестких деталей в машиностроении [Текст] / П. И. Ящерицын, А. П. Минаков. -Минск : Наука и техника, 1986. - 215 с.
12. Широков, В. В. Розроблення технолопчного оснащення для покращення експлуатацшних характеристик деталей нафтогазовидобувного обладнання [Текст] : матер. X-ой Пром. конф. с междун. участием / В. В. Широков, Я. М. Кусий, I. С. Афтаназ1в, В. М. Боровець, А. М. Кук // Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях. - сгт. Славское, Карпаты, 2010. - С. 243-246.
13. Кусий, Я. М. Технолопчне забезпечення ф1зико-мехашчних параметр1в поверхневих шар1в металевих довгом1рних цилшдричних деталей в1брацшно-вщцентровим змщненням [Текст] : дис... канд. техн. наук: 05.02.08 / Я. М. Кусий. - Льв1в, [б. в.], 2002. - 260 с.
14. Быков, И. Ю. Эксплуатационная надежность и работоспособность буровых машин [Текст] : уч. пос. / И. Ю. Быков, Н. Д. Цхадая. - Ухта: УГТУ, 2004. - 196 с.
15. Ящерицын, П. И. Технологическая наследственность в машиностроении [Текст] / П. И. Ящерицын, Э. В. Рыжов, В. И. Аверченко. - Минск: Наука и техника, 1977. - 256 с.
16. Кусий, Я. М. Дослщження якост поверхш в1брозмщнених деталей машин [Текст] / Я. М. Кусий, В. Г. Тотльницький. // Вюник Нацюнального ушверситету "Льв1вська полпехшка" "Оптим1защя виробничих процеав i техшчний контроль у ма-шинобудуванш й приладобудуванш". - 2013. - № 772. - С. 196-201.
17. Aftanaziv, I. Using vibrations for strengthening of long-sized cylindrical details [Text] / I. Aftanaziv, J. Kusyj, I.-P. Kuritnyk // Acta Mechanica Slovaca, Kosice. - 2000. - Vol. 3. - Р. 43-46.
18. Kusyj, J. Сalculations of vibratory-centrifugal strengthening treatment's dynamics by means of application software [Text] / J. Kusyj, V. Topilnitskiyy // Book of abstracts XVII Polish-Ukrainian Conference on "CAD in Machinery Design - Implememtation and Educational Problems", 2009. - Р. 25-26.
19. Stotsko, Z. Research of vibratory-centrifugal strain hardening on surface quality of cylindric long-sized machine parts [Text] / Z. Stotsko, J. Kusyj, V. Topilnytskyj // Journal of Manufacturing and Industrial Engineering. - 2012. - Vol. 11, Issue 1. - P. 15-17.
20. Широков, В. В. Комп'ютерний оброб^ок профшограм фрикцшних поверхонь [Текст] / В. В. Широков, Л. А. Арендар, Ю. I. Ковальчик, Х. Б. Василiв, О.М. Василiв // Фiзико-хiмiчна мехашка матер1ал1в. - 2005. - № 1. - С. 93-96.
