CC BY
8
УДК 621.924.56
О.С. Ломова, Е.И. Яковлева
Омский государственный технический университет, г. Омск
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОТВЕТСТВЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ АППАРАТОВ НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Значительное влияние на работоспособность машин и аппаратов нефтепереработки оказывает отклонение формы деталей, которое принципиально изменяет характер износа оборудования, повышает уровень шума при работе и существенно снижает надежность изделий в целом. Полученные размер и форма определяют фактические зазоры и натяги в соединениях машин, работа которых и так сильно осложнена высокими давлениями и температурами, а также агрессивностью рабочих сред.
262
Исследования показывают, что за счет снижения отклонений формы ответственных цилиндрических деталей на стадии обработки можно увеличить надежность нефтеперерабатывающего оборудования. Например, известно, что уменьшение овальности и конусообразно-сти шеек коленчатого вала с 10 до 6 мкм в допуске на размер позволяет увеличить время работы вкладышей подшипников от 2,5 до 4 раз.
Несмотря на большое количество научных работ, посвященных финишной обработке, на практике встречаются определенные трудности стабильного обеспечения точности деталей [1].
Исследованиями доказано, что отклонение формы определяется влиянием большого количества одновременно действующих технологических факторов. Наиболее существенный из них - это действие сил резания, вызывающие упругие деформации элементов технологической системы. При этом 60% приходится на смещение оси вращающегося шпинделя шлифовального круга (рис. 2), которое можно выразить следующей зависимостью:
& = Аю / 2^Р
(1)
где &
- радиальное смещение оси шпинделя в рассматриваемом сечении (переднем подшипнике) у шпиндельного круга;
- величина зазора в подшипнике шпинделя; в - угол
между результирующей силой резания и вертикалью.
В результате упругих деформаций происходят не только смещения в узлах станка, но и перемещение шпинделя и переднего и заднего центров станка. На рисунке 1 представлена схема смещения шпинделя и пиноли задней бабки от действия сил резания. В результате различного сочетания смещений центров и поворота шлифовального круга возможны различные варианты погрешности продольного профиля, то есть образование прямой (ф > у) или обратной (ф > у) конусообразности, где ф - угловое перемещение режущей кромки шлифовального круга, а у - угол смещения общей оси центров.
&
£
M
b
x
Y
г
ГГ
Г А
Г р2
Рис. 1. Схема образования погрешности формы от действия сил резания Конусообразность обрабатываемой поверхности можно найти как:
P • cosa А М
Г P(L - x)2 • a
P 2 • b
И] L
Аф = < А
H I
11 + L\
з
c
(2)
I ш
[ М (З • Р • зіпа )
I ъ(2§ § )
Ь3 I]
I 2Е • I
I ш
з
1 I • 3Е • I I • Е • I
I
- ^
263
где Р - суммарная сила резания; G - сила веса шпинделя и шлифовального круга; I - длина обрабатываемой поверхности; М - расстояние между подшипниками шпинделя; х - расстояние до прилагаемой нагрузки; а - вылет заднего центра; Е - модуль упругости; 1з, 1п, 1ш - моменты инерции задней бабки, передней бабки и шпинделя шлифовального круга;
§ш ,
§п ,
§з - соответственно перемещения оси шпинделя в контролируемом сечении, заднем и переднем центрах станка.
Если создать формообразующие движения силового органа, который на каждый оборот детали будет поджимать технологическую систему во время смещения заготовки в центрах станка, то можно стабилизировать положение пиноли в шпинделе станка и добиться точности обработки [2].
С целью исключения влияния зазоров в шпиндельном узле шлифовального круга и в корпусе задней бабки станка разработано устройство, которое усилием поджима устанавливает шпиндель шлифовального круга в положение, в котором колебание сил резания не вызывает его смещения в радиальном направлении (рис. 2). Аналогично устройство обеспечивает поджим пиноли в корпус задней бабки станка. Поджим создается сжатым воздухом.
Усилие поджима пиноли и шпинделя должно быть таким, чтобы обеспечивалась нормальная работа узлов станка. Зазоры в подшипниках шлифовального круга должны иметь определенную величину, которую измеряют по величине смещения концов шпинделя при определенной нагрузке и при разогреве станка до 40° в статическом режиме [3]. Например, для круглошлифовального станка модели ЗА151 при нагрузке 50 Н смещение должно быть не более 0,009 мм.
Передняя
бабка
6
Задняя бабка
1 2 3
5
4
Рис. 2. Принципиальная схема коррекции узлов станка:
1 - вход; 2 - кран; 3 - влагоотделитель; 4 - стабилизатор давления; 5 - манометр;
6 - мембранные коробки; 7 - шлифовальный круг
7
6
Эксперименты были направлены на исследование финишной обработки деталей шлифованием с коррекцией сил резания. На рисунке 3 (а, б) представлены графики, показывающие, что при отсутствии поджима узлов (рис. 3 а) на этапе врезания происходит резкое смещение пиноли задней бабки с центром и шпинделя шлифовального круга на величину выборки зазоров в узлах станка. Далее процесс резания нестабилен из-за колебания системы, упругих деформаций и изменения допуска на срез.
264
При обработке деталей с поджимом узлов настройка станка такая же, как и в описанном выше случае. Станок включен, происходит сдвиг пиноли (рис. 3 б) и шпинделя шлифовального круга до полной выборки зазоров. В этом случае расстояние от осей шпинделя до оси пиноли остается постоянным. Процесс обработки на черновом, чистовом и режиме выхаживания не отражается на изменении расстояния между осью пиноли и осью шпинделя, так как величина поджима узлов рассчитана на компенсацию этих смещений и обеспечение работоспособности станка.
Для проверки эффективности разработанного устройства была произведена контрольная обработка образцов из закаленной стали 45, имеющих равную длину и повышенную жесткость. Изменением режимов шлифования, достигалось значительное изменение сил резания.
включение вращения круга
подачи нет
смещение детали при поджиме график изменения с подачей выхаживания
у
И
А размер включен
выбор зазоров от сил резания изменение размера
чернов. грубая подача чист. _ подача
I шт.
разжим I вых.
I время _ подача отвод _
I время
Рис.3. Графики процесса обработки цилиндрических деталей в центрах станка: а) с коррекцией узлов станка, б) без коррекции узлов станка
Результаты эксперимента показали, что при обработке партии деталей с разработанным устройством изменение конусообразности составило 3-4 мкм. Для партии деталей, прошлифованной на том же станке и при тех же режимах резания, но без поджимного устройства, изменение конусообразности составило 11 мкм. Одновременно было установлено, что уменьшение зазоров в пиноли задней бабки и в подшипниках шпинделя шлифовального круга положительно влияет на уменьшение погрешности формы обрабатываемой поверхности не только в продольном, но и в поперечном сечении.
Таким образом, исключение влияния зазоров методом коррекции позволит получить обработанные поверхности с высокой геометрической точностью и тем самым повысить надежность машин и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности.
выхаживание
а)
б)
Библиографический список
1. Жвирблис, А. В. Управление точностью круглого шлифования / А. В. Жвирблис. -М. : Машиностроение, 1979.
2. Ломова, О. С. Обеспечение точности обpаботки цилиндpических деталей в цешрах ^углошлифовальных станков / О. С. Ломова, А. П. Моргунов, С. М. Ломов // Технология машиностроения. - 2010. - №. 10(100). - С. 12 - 17.
3. Балакшин, Б. С. Адаптивное управление станками / Б. С. Балакшин; под ред. Б.С. Балакшина. - М. : Машиностроение, 1973. - 680 с.
