CC BY
38
щение Дz точки контакта вдоль оси OZ больше, чем при
меньшей крутизне (рис. 6,б), а смещение Ду вдоль оси ОУ наоборот, меньше, чем в случае б.
Рис. 6. Различные пути, проходимые телом 1 по поверхности тела 2, в зависимости от рельефа тела 2
Отклонения формы контактирующих поверхностей являются следствием возникновения сдвигающих сил и крутящих моментов, которые в совокупности с опрокидывающими моментами вынуждают спутник совершать пространственные перемещения и повороты.
Величины сдвигающих сил и крутящих моментов зависят от значений параметров, характеризующих рельефы контактирующих поверхностей спутника и позиционного приспособления.
Список литературы
1.Добронравов В.В, Никитин Н.Н. Курс теоретической механики: Учебник. - М.: Высшая школа, 1983. - 585 с.
Мосталыгин Г.П. Курганский государственный университет, г. Курган
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
В статье приводятся результаты научно-исследовательских работ, направленных на повышение качества изготовления деталей машин. Нашли отражения новые методы упрочнения обрабатываемых поверхностей, образования различных профилей холодным накатыванием, повышения эффективности зу-
бообработки, некоторые вопросы по совершенствованию работ при технологической подготовке производства.
К главным направлениям в научно-исследовательской работе коллектива кафедры "Технология машиностроения" (ТМ) Курганского государственного университета (КГУ) относятся исследования, посвященные повышению качества изготовления деталей машин.
Ремонт машин в настоящее время примерно на 90 % обусловлен разрушением рабочих поверхностей деталей. Это свидетельствует о том, что традиционные методы получения этих поверхностей не обеспечивают необходимые показатели надежности и долговечности машин. Следует отметить также, что по мере дальнейшего совершенствования машин роль физико-механических свойств рабочих поверхностей деталей в повышении их качества будет возрастать.
В связи с отмеченным обстоятельством, разработка и внедрение в производство качественно новых методов повышения эксплуатационных характеристик поверхностных слоев деталей является одной из главных задач современного машиностроения.
На кафедре ТМ КГУ под руководством автора статьи проводятся исследования по созданию таких методов.
В результате проведенных исследований установлены новые деформационные эффекты [1].
На основе этих эффектов разработаны отделочно-упрочняющие методы: высокотемпературная изофазная поверхностная обработка (ВИПО) и выглаживание ми-нералокерамическим инструментом (ВМИ).
При использовании этих методов происходит высокотемпературная поверхностная термическая обработка (ВПТМО), в результате которой в рабочей зоне (зоне деформации) возникают высокие контактные температуры. В качестве рабочей части инструмента используются сверхтвердые материалы на основе кубического нитрида бора и режущая керамика на основе нитрида кремния или окиси алюминия. Такой инструмент позволяет осуществить ВПТО при температуре до 900-11000 С и давления 4000-5000 МП.
ВПТМО обеспечивает простыми и экологически чистыми методами создать высококачественный поверхностный слой. Установлено, что износостойкость образцов из стали 40 повышается в 3 раза, предел выносливости образцов из стали 45 возрастает до 38 %. При обработке стальных образцов (сталь 40 и 45) достигается шероховатость поверхности по параметру Ra до 0,05 мкм.
ВПТМО используется для изготовления деталей из конструкционных сталей, чугуна, а также сплавов на основе меди. Она не требует никакого дополнительного специального оборудования и может быть осуществлена на универсальных станках, а также на станках с ЧПУ В качестве рабочего инструмента используются стандартные режущие инструменты и выглаживатели, рабочая часть которых выполнена из материалов, указанных выше [2, 3, 4].
Детальные исследования методов ВИПО и ВМИ отражены в кандидатских диссертациях А.Г. Баитова, В.Ф. Губанова, В.В. Марфицына, А.Г Мосталыгина.
Следует также отметить, что а.с. 667596 [1] нашло отражение в средствах массовой информации:
1. Резцы из керамики. Газета "Правда", № 258 от 14.09.76.
2. И режет и упрочняет. Газета "Социалистическая индустрия", № 144 от 26.06.80.
3. Внедрено в производство. Газета "Советское Зауралье" от 30.05.84.
4. Упрочнение резанием. Журнал "Изобретатель и рационализатор", № 8, 1980.
а
б
5. Не снимая с токарного станка. Журнал "Знание-сила", № 10, 1981.
6. Ни жары, ни холода. Журнал "Техника и наука", № 3, 1984.
В КГУ разработан метод электроконтактного термоупрочнения сталей (ЭТУ). В исследованиях, проведенных В.В. Марфицыным, доказана возможность использования в качестве нового инструментального материала рабочей части выглаживателей углеродистых сталей, обработанных ЭТУ.
При выполнении кандидатской диссертации Остап-чуком А.К. проведены исследования возможностей использования виброакустики для автоматического контроля и обеспечения заданных параметров качества обрабатываемой поверхности. На основе полученных результатов было спроектировано и изготовлено технологическое устройство для контроля процесса обработки, позволяющее оценивать параметры качества поверхности и износ инструмента по параметрам сигнала виброакустики. Такое устройство успешно использовалось при выполнении кандидатских диссертаций В.В. Марфицыным и В.Ф. Губановым.
Опыт, полученный при проведении научно-исследовательских работ с использованием виброакустики, позволил научным работникам кафедры издать учебное пособие [5].
Под руководством автора статьи выполнены кандидатские диссертации по исследованию холодного накатывания различных профилей. Этот процесс обеспечивает высокую производительность и позволяет значительно улучшить качество обработанных поверхностей.
Исследования по холодному накатыванию мелкомодульных зубчатых колес с модулем 1; 1,25; 1,5 (авторы А.И. Семакин, В.М. Янко) показали, что обработанные таким методом зубья превосходят аналогичные, обработанные фрезерованием по качеству и эксплуатационными свойствами [2, 4].
Микротвердость поверхности и статистическая прочность накатанных зубьев в 1,5-2 раза выше, чем у фрезерованных, при этом шероховатость поверхностей по параметру Ra находится в пределах 0,06...0,15 мкм.
Комплексные исследования холодного накатывания трапециедальных резьб на резьбонакатных станках с радиальной подачей (автор В.Н. Орлов) позволили выявить факторы, оказывающие наибольшее влияние на точность обработки, качество обработанной поверхности и стойкость инструмента. Установлено, что накатанная резьба значительно превосходит по качеству поверхностей профиля и эксплуатационным свойствам резьбу, обработанную резанием (нарезанную) и даже нарезанную с последующей термообработкой. Износостойкость рабочей поверхности накатанной резьбы в 2.2,5 раза выше, чем у нарезанной, повышается усталостная прочность [2,4].
Аспирантка О.В. Герасимова выполнила кандидатскую диссертацию на тему "Совершенствование технологии изготовления резьбы на стержневых изделиях на основе моделирования деформационного процесса". Использование результатов проведенных исследований позволило повысить прочность изделий на 50 % без применения упрочняющей термической обработки. В диссертации приводятся разработанные режимы деформирования и упрочнения металла при редуцировании и накатывании резьбы, которые успешно используются в производственных условиях.
К калибрующе-упрочняющим методам обработки относится дорнование отверстий, которое обеспечивает высокую точность, малую шероховатость поверхностей,
повышение износостойкости и усталостной прочности деталей. На кафедре ТМ выполнены кандидатские диссертации по дорнованию шлицевых отверстий, авторами которых являются А.М. Нежинский и Ф.Н. Салахов. Результаты выполненных работ успешно внедрены в производство.
В современном машиностроении широко применяются различные зубчатые колеса. Высокая скорость и большие нагрузки, передаваемые зубчатыми передачами, предъявляют высокие требования к точностным показателям таких передач. Этим объясняется необходимость решения вопросов, направленных на повышение качества изготовления зубчатых колес.
Один из ведущих научных работников кафедры ТМ В.П. Пономарев в 1976 году успешно защитил докторскую диссертацию на тему "Основы комплексного управления точностью изготовления зубчатых колес".
К основным результатам выполненной диссертации следует отнести следующие:
1. Выявлено новое представление о технологическом процессе изготовления зубчатых колес, заключающееся в том, что он рассмотрен как сложный процесс изготовления деталей, состоящий из доступноуправляемых и трудноуправляемых по точности обработки операций.
2. Трудноуправляемые операции (термические и химико-термические) в таком технологическом процессе выделены в самостоятельный процесс (систему) с входом и выходом, а между входными и выходными его погрешностями установлены зависимости, которые использованы в качестве исходных для управления точностью изготовления при помощи доступноуправляемых операций (механической обработки).
3. Определены теоретические положения создания прогрессивных технологических процессов на основе комплексного управления точностью изготовления, учитывающего одновременное действие основных факторов (конструкции, материала, механической обработки, термического и химико-термического упрочнения).
4. Разработано математическое обеспечение комплексного управления точностью изготовления зубчатых колес, по которому производятся необходимые конструк-торско-технологические расчеты, корректировка доступноуправляемых операций, повышающих эффективность в достижении точностных параметров детали, выбор варианта обработки, определение операционных допусков и припусков.
В диссертационной работе В.П. Пономарева отмечено, что анализ промышленных экспериментов и экономические расчеты подтвердили эффективность разработанных методов комплексного управления точностью изготовления зубчатых колес; их реализация позволяет в 2-4 раза повысить точность контролируемых параметров цементованных зубчатых колес (на 1-3 степени), уменьшить припуск под зубоотделочные операции в 1,2-2 раза, в 1,5-2,5 раза снизить трудоемкость механической обработки. Замена зубошлифования другими прогрессивными методами зубоотделки обеспечивает повышение твердости рабочих поверхностей зубьев, а также усталостной прочности в 1,4-1,6 раза. В процессе исследований разработаны и внедрены в производство новые методы и приборы для контроля зубчатых колес и зуборезного инструмента, новые конструкции приспособлений.
Под руководством доктора технических наук, профессора В.П. Пономарева научными работниками кафедры ТМ выполнено несколько кандидатских диссертаций, направленных на повышение производительности, точности и качества изготовления зубчатых колес, разработку новых методов окончательной обработки рабочих по-
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 1
151
верхностей зубьев. Авторами выполненных диссертационных работ являются, В.А. Борисов, А.В. Брюхов, П.А. Гудков, Н.М. Заикин, А.В. Захаров, В.А. Мурзин, Н.Н. Толмачевский, А.В. Уваров, А.П. Штин и другие.
Следует отметить, что в настоящее время на кафедре ТМ продолжаются исследования по обработке зубчатых колес. В 2004 году была успешно защищена кандидатская диссертация старшим преподавателем С.В. Хри-пуновым на тему "Повышение эффективности технологических процессов изготовления зубчатых колес путем обеспечения надежности обработки (научный руководитель доцент, канд. техн. наук П.А. Гудков).
На кафедре ТМ под руководством автора статьи проводятся научные исследования, направленные на повышение эффективности технологической подготовки производства (ТПП).
Успешное решение сложных задач современного машиностроительного производства невозможно без использования станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Идея ЧПУ в значительной степени расширила технологические возможности станов, позволила создать станки для обработки самых сложных заготовок. Такие станки выделены в особую группу и называются многоцелевыми станками (МС). Их основной особенностью является высокая концентрация обработки. Однако использование МС не всегда дает ожидаемый экономический эффект.
Повышению эффективности использования многоцелевых станков посвящена диссертационная работа М.В. Давыдовой. На основании проведенных исследований определена принципиальная схема подбора рациональной номенклатуры деталей для их изготовления на МС. По результатам исследований разработана методика, которая позволяет определить эффективность использования МС как для конкретных условий производства, так и на стадии проектирования технологических процессов без расчета режимов резания. С целью сокращения времени расчетов разработана программа, которая реализована на ЭВМ.
К совершенствованию работ при ТПП следует отнести введение в практику предприятий групповую технологию машиностроительного производства. Интересные результаты в этом направлении получены при выполнении А.Ю. Цицориной диссертационной работы на тему "Метод групповой обработки деталей на станках с ЧПУ с использованием быстропереналаживаемых приспособлений".
Метод предусматривает группирование деталей по принципу их разбивки на размерные группы, позволяющие обрабатывать на одной детале-операции детали различных классов с применением одного и того же бы-стропереналаживаемого приспособления. Для выполнения основных этапов работы по предлагаемому методу разработан алгоритм с целью создания прикладных программных продуктов. Практический интерес представляют графические информационные модели (ГИМ) по уровням иерархии, позволяющие наглядно представить всю систему ТПП в виде комплекса регламентированных работ и повысить эффективность группового производства за счет оптимизации информационных связей и материальных потоков.
Одним из возможных путей сокращения цикла ТПП является автоматизированная оценка трудоемкости механической обработки деталей машин на стадии конструкторской подготовки производства.
В диссертационной работе Ф.В. Болотова разработан такой метод. Метод основан на результатах приве-
денных исследований с использованием основных теоретических положений методологии системного подхода. Особенность метода заключается в том, что в начале рассчитываются затраты времени на обработку отдельных элементов (поверхностей), а трудоемкость механической обработки деталей машин устанавливается суммированием этих затрат. Штучное время определяется по общепринятым в машиностроении формулам. Определены коэффициенты, учитывающие отдельные составляющие этих формул в зависимости от основного времени. Разработана математическая модель определения трудоемкости механической обработки поверхностей и деталей в целом. Для использования этой модели предложены способы классификации поверхностей, сокращения информации, хранящейся в базе данных технологической информации. Выполненные исследования позволили разработать автоматизированную систему информационного обеспечения процесса определения трудоемкости деталей по рабочим чертежам.
Оценка трудоемкости изготовления детали схематично осуществляется по алгоритму.
В самом начале деталь подразделяется на отдельные поверхности. Далее вводится характеристика поверхности: форма, размеры с предельными отклонениями, шероховатость, твердость, требования взаимного расположения и отклонения от формы поверхностей. После этого вводится маршрут изготовления поверхности. Выполненные работы позволяют рассчитать основное время, затрачиваемое на данном технологическом переходе (операции) в зависимости от избранного способа обработки. Затем определяется штучное время изготовления поверхности. На заключительном этапе рассчитывается штучное время изготовления всех поверхностей, то есть детали в целом.
Проверка разработанного метода с использованием вычислительного эксперимента и в производственных условиях дала положительные результаты.
Следует отметить, что на кафедре ТМ выполнен ряд научных исследований, направленных на совершенствование работ при ТПП [2].
Приведенные в статье результаты исследований докладывались на многих научно-технических конференциях и получили высокую оценку; многие из них нашли отражение в центральных журналах и других изданиях. Они внедрены на различных машиностроительных предприятиях.
Список литературы
1.А.С. 667596. СССР. МКИ С 21 D7/14. Способ поверхностной термической обработки стали.
2. Повышение эффективности технологических процессов изготовления
деталей машин: Сборник научных трудов.-Курган: КМИ, 1994.- 95 с. 3.Экологизация технологий: проблемы и решения. Сообщения Курганского научного Центра МАНЭБ/Под ред. И.И. Манило и В.П. Кветкова. - Курган: НЦСП "Экономика и реформы", 1999. -168 с. 4.Экология-Здоровье-Безопасность жизнедеятельности: Материалы региональной конференции, посвященной 60-летию образования Курганской области /Под общей ред. И.И. Манило. - Курган: Курганский научный центр МАНЭБ, 2002. - 212 с. 5.Губанов В.Ф., Орлов В.Н., Схиртладзе А.Г. Основы вибродиагностики объектов в машиностроении: Учебное пособие. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2004.-151 с.
