Инструментальное обеспечение при различных способах дорнования Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.787.4

Р. Н. Шадуро, канд. техн. наук, доц., В. Е. Панкратов, П. А. Шацкий

ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ДОРНОВАНИЯ

В работе на основе анализа процесса формирования точности при дорновании отверстий предложена методика расчёта параметров инструментов, обеспечивающих заданную точность и расположение действительных размеров отверстий в пределах поля допуска по чертежу. Методика учитывает особенности формирования точности при традиционном, групповом и ультразвуковом дорновании. Проведенные испытания показали хорошую сходимость расчётных и экспериментальных результатов. Предложенная в работе методика прошла производственные испытания и может успешно применяться при проектировании инструментов для различных способов дорнования.

Обеспечение высокой точности и качества поверхностей отверстий дорно-ванием является одной из главных задач этого процесса.

Ограниченное применение на производстве дорнования отверстий вызвано отсутствием достаточно полных исследований в области формирования точности процесса, а отсюда и отсутствием пригодных для практического использования рекомендаций по обеспечению точности.

В [1] показано, что суммарная погрешность, или поле рассеяния полученных размеров 8е, является функцией независимых величин - первичных погрешностей дорнования, и может быть выражена зависимостью

5е = Г(5м, 5к, 8Х, 5у, 5и, 5т),

(1)

где 5м - погрешность выполняемого размера, зависящая от механических свойств материала обрабатываемых деталей; 5к - погрешность, возникающая в результате колебания механических свойств материала обрабатываемой партии деталей; 5Х - погрешность, зависящая от жёсткости стенок деталей; 5у - погрешность установки заготовки для обработки на столе; 5и - погрешность размера в результате размерного износа инструмента; 5т - допуск на диаметральный размер инструмента.

Расчётно-аналитическим методом

получены зависимости для определения первичных погрешностей процесса статического дорнования (СД) и зависи-

мость суммарной погрешности в развернутом виде

+Кх) +

+

^ \ Ґ АТ”11\2 ^

К.(,+5'| +к -¡¡-I +(Т )2 +(5 )2

(2)

где Км, Кк, Кх - коэффициенты, учитывающие влияние на точность механических свойств материала, их колебания и жёсткости обрабатываемых деталей; 5исх - исходная точность отверстий перед дорнованием.

Обозначив второе составляющее формулы (2) через 5е, после некоторых преобразований получим зависимость для расчёта исходной точности отверстий перед дорнованием:

5 =А-5

Км + К.

(3)

Иногда более удобно при расчётах пользоваться коэффициентом уточнения 8, который может быть получен из зависимости (3):

є-

5У - 5е

5г 5Е(Км + К Г

(4)

Таким образом, зная точность отверстий, заданную чертежом, приняв её за 5е, по формуле (3) можно определить величину необходимой исходной точности отверстий и по формуле (4) - уточ-

нение, обеспечиваемое в процессе СД.

Дорнование должно не только обеспечить заданную точность, но и точность расположения поля рассеяния действительных размеров после дорнования в пределах поля допуска, заданного чертежом детали.

Это условие может быть обеспечено инструментом (дорном), имеющим определённые размеры параметров.

Поэтому в работе поставлена задача -разработать методику расчёта параметров дорна, обеспечивающего заданную точность размеров отверстий и точность их расположения в пределах поля допуска по чертежу детали.

На рис. 1 показана связь между диаметром дорна Du и предельными размерами отверстий до дорнования D1min и

D1max и после — D2min и D2max.

Можно записать, что

D2 . + D2

тл 2min_________________2max

-(D

lmin + D1max,

)-(l-c)

Du D2min + öупр•max;

Du D2max + ^^.min Ö,

(5)

(6)

где 5упр.тах, 5упр.тт - предельные значения упругих деформации при определённых предельных значениях натягов:

öупр•max imax Öocт•max; (7)

öупр•min imin ^c^min

(8)

где imax, imin - предельные значения натягов при дорновании партии деталей; ôocT.max, ôocT.min — предельные остаточные деформации, могут быть определены из рис. 1:

ÔoCT.max (imax — b) • с ; (9)

ÔoCT.min _ (imin — b) • с . (10)

Согласно рис. 1 можно записать,

что

imax Du — D1min; (11)

imin Du — D1max.

(12)

Подставив выражения (7)... (12) в систему уравнений (5) и (8) и решив её, получим зависимость для расчёта диаметра калибрующиx зубьёв дорна:

2с

b, (13)

где b = -. с

Таким образом, для расчёта диаметра калибрующие зубьев дорна при СД неoбxoдимo знать точность отверстий по чертежу и иcxoдную, а также зависимость остаточньк деформаций от натягов дорнования вида

^ст = ci - a.

При групповом дорновании (ГД) [2], когда повышение точности дорнова-ния обеспечивается за счёт повышения исходной точности, при этом не за счёт предварительной обработки, а за счёт сортировки деталей перед дорнованием на группы, по размерам отверстий с групповыми допусками, необходимо рассчитать диаметры дорнов для каждой группы. Расчёт можно производить по формуле (13), при этом для каждой группы рассчитываются групповые значения Dlmax и Dlmin-

Для этого необходимо определить групповую исходную точность по форму ле

оГБ оГБ огр = ö Öc

Км + Кх ■

Тогда исходная точность отверстий перед сортировкой на группы определяется по формуле

ö =öip

исх исх

n,

где n — число групп сортировки.

Для ультразвукового дорнования (УЗД) [3], xарактер зависимости остаточные деформаций от натягов имеет иной xарактер по сравнению со СД.

Как видно из рис. 2, графическая зависимость остаточные деформаций от натягов при УЗД состоит из двуx прямолинейные участков с различной крутизной.

Рис. 1. Зависимость остаточных деформаций от натягов и схема изменения диаметров отверстий при СД

Рис. 2. Зависимость остаточных деформаций от натягов и схема изменения диаметров отверстий при УЗД

Большая крутизна первого участка объясняется сравнительно небольшими усилиями деформирования при малых натягах, и ударного импульса достаточно, чтобы обеспечить значительные деформации. При увеличении натягов 1 > Ц растёт и сопротивление деформирования, которое даже при неизменной величине ударного импульса уменьшает его относительную величину, выполняющую работу по деформированию, что приводит к уменьшению крутизны второго участка зависимости.

В [3] расчётно-аналитическим методом получена зависимость для УЗД аналогично (2) в следующем виде:

6Е=5и,х(КГ + Ку»)+

1 ост ^2 ост.

т

т

( кузддтЛ2 d

+(3SU)2 +(тх)2. (14)

Из зависимостей (2) и (14) видно, что точность после УЗД будет значительно выше по сравнению со СД, т. к.

КГ < Км; Кузд < Кк; КХзд < Кх.

Исходная точность при УЗД может быть рассчитана по формуле

диаметральных размеров инструментов, обеспечивающих заданную точность и необходимое расположение полей допусков при СД, ГД и УЗД.

Исходные данные:

- диаметр обрабатываемых отверстий, их точность (ТБ);

- марка материала обрабатываемых деталей;

- зависимости остаточных деформаций от натягов;

- исходная шероховатость поверхностей отверстий (К2исх);

- допуск биения базового торца;

-доля собственных погрешностей в

суммарной (5с).

Последовательность расчёта:

1) рассчитывается исходная точность отверстий по формулам (3) или (15), приняв величину суммарной погрешности дорнования 5Е, 5|зд равной ТБ;

2) определяются предельные размеры Б1тах и Б1т1п. Для СД и ГД эти размеры должны определять натяги, обеспечивающие оптимальную шероховатость при дорновании. Для УЗД эти размеры должны определяться из условия [3]

1тах = 5„„, +5, + 2К.„,,

ь узд - ь узд

2УЗД = иУ ие

(15)

а коэффициент уточнения при УЗД можно определить следующим образом:

8 =

5Узд _gузд

бузд (кмзд+к хзд ) '

(16)

На основании рис. 2, сделав преобразования, аналогичные изложенным выше, получим зависимость для расчета исполнительного размера дорна при УЗД в следующем виде:

-(°2шт + °2шах -01шіп (і - с" )-- °1шах (і - ^ Г+ а 1 - а" )/(с/ + С" ) (17)

На основании полученных зависимостей разработана методика расчета

где 5ф - допуск погрешностей формы отверстий;

3) рассчитывается диаметральный размер дорнов по формулам (13) и (17);

4) определяются значения предельных натягов:

1min 5

= DУ _ D,

5) принимается число деформирующих зубьев:

nd = 3 при imax ^ 0,12 мм; nd = 4 при imax = 0,12.. .0,16 мм; nd = 5 при imax = 0,16.. .0,20 мм;

6) максимальные натяги распределяются между деформирующими зубьями по формуле

. =. ig(n+1).

n ”,х lg(nd + 1)’

7) определяются размеры деформирующих зубьев:

Бип Б и 1тах + 1п;

8) принимается число калибрующих зубьев (2, 3).

Для проверки эффективности предложенной методики в работе приведены расчёты параметров дорнов для обработки

тг 1 ^+0,03 1 о+0,019 \ го тт

СД отверстий в размер 12 и 12 УЗД, сделано экспериментальное подтверждение при обработке втулок (50 штук) из бронзы БрА9ЖЗ ГОСТ 493-79 (НВ90-110). Действительная твёрдость материала оказалась НВ83-117.

Наружный диаметр обрабатываемых втулок Бн = 22 мм. Диаметр втулок оптимальной жёсткости при СД - Бн = 26 мм, при УЗД - Бн = 20 мм.

Исходная шероховатость обрабатываемых поверхностей Я = 2,5, допуск торцового биения базового торца - 0,02 мм.

Зависимости остаточных деформаций от натягов имеют вид:

- для СД:

а) при Бн = 26 мм 5ост = 0,641 - 0,003;

б) при Бн = 22 мм 5ост = 0,591 - 0,001;

- для УЗД:

а) первый участок -

5ост = 0,851 - 0,002;

б) второй участок -5ост = 0,681 + 0,008.

Исследования формирования точности при УЗД проводились для условий эффективного использования дорнования по схеме с незакреплённым инструментом по снижению статических усилий.

На основании приведенных данных по предложенной методике были проведены расчёты параметров дорнов, результаты которых приведены в табл. 1.

Для исследований точности отверстий при УЗД использовалась установка, собранная на базе токарно-винторезного станка 1К625 (рис. 3). Колебательная система 5 устанавливалась при помощи конического хвостовика в задней бабке. Источником электрических колебаний служит ультразвуковой генератор УЗГ-10, а механических колебаний - магнитострик-ционный преобразователь ПМС-15А-18.

Результаты экспериментов по обеспечению точности дорнования отверстий дорнами, параметры которого приведены в табл. 1, представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, результаты экспериментов подтвердили, что предложенная методика может успешно использоваться для расчёта параметров дорнов, обеспечивающих заданную точность и необходимое расположение полей рассеяния действительных размеров отверстий после СД и УЗД.

Табл. 1. Результаты расчёта параметров дорнов

ТБ = 5Ь мкм 5с, мкм Км Кх 5исх, мкм 8 Б1т1п,, Б1тах, мм Би, мм 1т1п,, 1та^, мкм пс1 11, 12, 13, мкм Би1, Би2, Би3, мм

Для СД

30 12 0,36 0,05 43 1,43 11,951 11,994 12,054 60 103 3 52 83 103 12,000 12,034 12,054

Для УЗД

19 9 0,23 0 43 2,30 11,942 11,985 12,015 30 73 3 31 52 73 11,972 11,993 12,015

Табл. 2. Результаты исследований точности дорнования

В миллиметрах

Б1тах, Бітіп, мм Sх х ТБх= 6Эх 02тах> Б2тіп, мм Эу у Т у 1 1 6 у Єд

Для СД

11,990 11,949 0,0072 11,967 0,0432 12,029 12,001 0,0048 12,016 0,0288 1,5

Для УЗД

11,940 11,983 0,0076 11,962 0,0456 12,017 12,00 0,0032 12,0084 0,0192 2,4

Рис. 3. Установка для УЗД

вать и управлять амплитудой колебания в очаге деформации в зависимости от нагрузки и в результате этого обеспечивать такую величину ударного импульса, чтобы крутизна зависимости остаточных деформаций от натягов на всех участках была максимально возможной, а точка А (см. рис. 2) максимально сместилась в сторону больших натягов.

УЗД, за счёт введения в очаг деформации ультразвуковых колебаний, существенно снижает влияние ряда первичных погрешностей на точность процесса, по сравнению с СД, что подтверждается существенно отличающимися коэффициентами уточнения.

Для повышения эффективности УЗД необходимо разработать программное устройство, позволяющее стабилизиро-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шадуро, Р. Н. Расчётно-аналитический метод определения точности при дорновании / Р. Н. Шадуро, В. В. Гапонов, П. А. Шацкий // Вестн. МГТУ. - 2006. - № 1. - С. 276-281.

2. Шадуро, Р. Н. Способы повышения точности дорнования отверстий / Р. Н. Шадуро,

П. А. Шацкий // Вестн. МГТУ. - 2006. - № 1. -С. 282-286.

3. Шадуро, Р. Н. Прогнозирование и управление точностью при ультразвуковом дор-новании отверстий / Р. Н. Шадуро, П. А. Шацкий, В. Е. Панкратов // Вестн. Белорус.-Рос. ун-та. - 2006. - № 3. - С. 281-288.

Белорусско-Российский университет РУПП «Станкозавод «Красный Борец» Материал поступил 25.12.2006

R. N. Shaduro, V. E. Pankratov, P. A. Shuckii Tool-making support of different kinds of mandrelling

Belarusian-Russian University

RUPE «Machinetool plant «KRASNY BORETS»

On the basis of the analysis of the accuracy formation process in hole mandrelling, a design procedure of tool parameters providing assigned accuracy and arrangement of actual hole sizes within the tolerance zone on the drawing is proposed. The procedure takes into account particularities of accuracy formation in traditional, group and ultrasonic mandrelling. The tests carried out showed good agreement with designed and experimental results. The procedure stood tests in industry and can be recommended for successful application in tool design for different means of mandrelling.