CC BY
74
УДК 621.787.4
Р.Н. Шадуро, канд. техн. наук, доц., В.В. Гапонов, П. А. Шацкий
РАСЧЕТНО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЧНОСТИ ПРИ ДОРНОВАНИИ
В работе приведена методика расчета суммарной погрешности дорнования отверстий и ее составляющих.
В машиностроении значительное распространение получили высокопроизводительные методы финишной обработки деталей машин поверхностным пластическим деформированием (ППД), в частности дорнованием, обеспечивающие повышение точности и качества поверхностей и существенное улучшение их эксплуатационных характеристик, определяемых ростом глубины и степени упрочнения, благоприятными величинами, знаком и характером распределения остаточных напряжений, а также изменением микроструктуры.
Обеспечение высокой точности отверстий дорнованием является одной из основных задач этого процесса. Однако, как показывает литературный анализ, теоретические и экспериментальные исследования в этой области почти отсутствуют.
Например, предлагаемая в [1] зависимость допуска отверстий после дорнования 81 от допуска предварительно подготовленных отверстий 5 выражается уравнением
§ =_________5_______ (1)
51 , 3Е ■
1 + —
3
Г ,2 Ї
2+-г , Г2 .
Оно может быть применено при дорновании гладких цилиндрических отверстий в режиме полной перегрузки. Авторы [2] отмечают, что при дорновании этих отверстий в полуупругом режиме точность обработки может быть повышена на 30.. .80 %.
Автор [3] предлагает точность, обеспечиваемую дорнованием в полуупругом режиме, оценивать зависимостью
8=(1 -С)К, (2)
где 8 - коэффициент уточнения при дорновании; С - коэффициент, определяющий долю остаточных деформаций в натяге, зависит от механических свойств обрабатываемого материала; К - коэффициент, учитывающий влияние на точность величины колебания механических свойств материала.
Зависимость остаточных деформаций от натягов при дорновании в полуупругом режиме имеет вид £ост = С1 - а.
Практические исследования точности при дорновании показывают, что действительная точность процесса определяется коэффициентами, не превышающими 8 = 1,4...1,6.
Ограниченное применение на производстве дорнования отверстий вызвано отсутствием достаточно полных исследований в области формирования точности процесса, а отсюда и отсутствием рекомендаций, пригодных для практического использования по управлению точностью. Более глубокий анализ формирования точности при дорнова-
нии позволяет определить более широкий круг факторов, оказывающих отрицательное влияние на точность.
Поэтому в работе поставлена задача по выявлению факторов, оказывающих отрицательное влияние на формирование точности отверстий при дорновании, и определению суммарной погрешности процесса, которые позволят разработать системы управления точностью технологическими методами.
Процесс дорнования отверстий в полуупругом режиме показывает, что суммарная погрешность, или поле рассеивания получаемого размера 5, является функцией независимых величин - первичных погрешностей дорнования, и может быть выражена зависимостью
5 = f (5м Л,5х ,5у ,5и ,5т \ (3)
где 5м - погрешность выполняемого размера, зависящая от механических свойств материала обрабатываемых деталей; 5^ - погрешность, возникающая в результате колебания механических свойств материала в партии обрабатываемых деталей; 5х - погрешность, зависящая от жесткости стенок деталей; 5у - погрешность установки заготовки для обработки на столе; 5и - приращение размера в результате размерного износа инструмента, допустимого при наименьшем предельном диаметре; 5т - допуск на
диаметральный размер инструмента.
Суммарная погрешность выполняемого размера при дорновании может быть определена по формуле
5 = 5m +5х + tj+^yS5 +Л5и +^т5т2, (4)
где t - коэффициент, характеризующий процент риска получения брака при обработке
(при Р = 0,27 %, t = 3); Лу... - коэффициенты, зависящие от формы кривых распре-
деления соответствующих первичных погрешностей. Так как распределение случайных величин 5k,5y и 5 подчиняется нормальному закону, то Л^ = Лу =Лт = 1/9; распределение 5и подчиняется закону равной вероятности, для которого Лу = 1/ 3 .
Формирование первичных погрешностей 5м, 5к, 5х хорошо видно из рис. 1.
Тогда суммарная погрешность обработки составит:
5 = 5m + 5х +5 +5ут + 352 + 55. (5)
Рассмотрим влияние каждой первичной погрешности на формирование суммарной погрешности при дорновании.
Как видно из рис. 1 первичная погрешность 5м определяется зависимостью
5 = 5max _ 5min (6)
5m = 5упр 5упр , (6)
где 5уЛрХ,5уп]П- максимальное и минимальное значения упругих деформаций при дорновании отверстий в партии деталей с шириной поля рассеяния 5исх .
Они определяются следующими выражениями:
с min • с min. {н\
5упр = imin 5ост ; (7)
¿max — i _ ¿max (8)
^упр _ 1max ^ост > W
где imin и imax - минимальный и максимальный натяги при дорновании отверстий в деталях с шириной поля рассеяния ¿исх ; ¿ст*, ¿ост1 - предельные остаточные деформации при натягах imjn и imax.
Рис. 1. К расчету первичных погрешностей 5м, 5к и 5х: 1 - зависимость остаточных деформаций от натягов при максимальной жесткости стенок; 2 - зависимость остаточных деформаций от натягов при минимальной жесткости стенок; 3 - границы полей рассеяния остаточных деформаций; 4 - зоны рассеяния остаточных деформаций, обеспечивающих распределение действительных размеров в пределах полей ^ и ^
Подставив выражения (7) и (8) в (б), получим:
max
min
m
■i _¿ _i • + ¿ max ост min ост
■ / — / — 'max 'min
Ґ max min^
¿ _¿
ост ост V У
¿исх ¿исх 'с ¿uCX О-
(9)
Обозначив 1 - С — Км , получим выражение
(10)
Таким образом, первичная погрешность 5м полностью зависит от материала деталей, отверстия которых подвергаются дорнованию и исходной точности, т.е. она будет определяться конкретными значениями механических свойств материала, для которых получена зависимость 1 (см. рис. 1). Эта погрешность полностью наследуется из предыдущей операции.
В то же время при дорновании отверстий в партии деталей значения механических свойств материала этих деталей будут не одинаковыми.
Проведенные исследования показывают, что действительная величина колебания механических свойств материалов различного сортамента проката, изготовляемого металлургической промышленностью, в большинстве случаев значительно шире (до 50 %) по сравнению с допустимыми значениями, установленными стандартами.
Поэтому остаточные деформации в процессе дорнования с натягами ^тт - ^тах будут отличаться от рассчитанных по зависимости 1 (см. рис. 1). Поля рассеяния действительных значений остаточных деформаций располагаются в зонах, ограниченных границами 3. Остаточные деформации, попавшие в незаштрихованные части этих зон, образуют действительные размеры отверстий, которые расположатся в пределах поля рассеяния 8м. Размеры отверстий, образованные остаточными деформациями заштрихованных зон, выйдут за границы поля рассеяния дм и расположатся в
пределах полей рассеяния Яс и Я"" , которые и образуют погрешность Як, т.е.
(11)
Согласно зависимости (9) и рис. 1 можно записать, что:
(12)
(13)
(14)
Я"
^исх
Подставив (14) и (15) в (12) и (13), получим:
(15)
(16)
(17)
С учетом (16) и (17) зависимость (11) примет вид:
Обозначив
ЬС = к к с к
получим
дк = Кк (дэ ст + Яост ). (19)
Первичная погрешность дх , как видно из рис. 1, определяется зависимостью
8х = 8 - 8м, (20)
где 8 = дисх (1 - С"), тогда
Обозначив
получим
8х =8,сх(1-С*)-8,ох(1-с) = 8ИСх(с-С) . (21)
С - С' = Кх,
дх = К 8исх. (22)
Первичная погрешность установки ду определяется величиной торцового биения
базового торца относительно оси отверстия, приводящего к перекосу оси инструмента относительно оси отверстия в процессе дорнования, а следовательно, к изменению размера отверстия.
Она определяется зависимостью
. ду =М=<2, (23)
а
где АТ - биение базового торца детали на диаметре ё; I - длина отверстия.
Первичная погрешность, определяемая допуском на диаметральный размер инструмента 8т, принимается равной допуску Тх на размер калибрующих зубьев, выполняемых по 5-6 квалитетам (ГОСТ 25.346-82).
Первичная погрешность, определяемая размерным износом инструмента ди определяется в зависимости от допустимого износа при наименьшем предельном размере калибрующих зубьев. Часто лимитирующим фактором износа инструмента является обеспечение шероховатости нужной величины.
Подставив полученные выражения первичных погрешностей в (5), получим зависимость для расчета суммарной погрешности в развернутом виде:
д =дисх (Км + Кх ) +
2
(Кк (+дост))2 +[ Км АР] +(Тх)2 +(Зди ). (24)
Таким образом, расчетно-аналитическим методом получена зависимость для определения суммарной погрешности дорнования и ее первичных составляющих, которые позволяют разработать системы управления точностью процесса.
Для управления точностью дорнования могут быть использованы следующие технологические методы.
1. Совмещение процесса дорнования с низкоэнергетическим воздействием ионами в вакууме (комбинированнная обработка)
2. Дорнование отверстий с наложением ультразвука на инструмент (совмещенная обработка).
3. Совмещение процесса дорнования и ХТО (комбинированная химико-термическая обработка).
4. Групповое дорнование.
Предварительные исследования предложенных технологических методов позволили за счет снижения отдельных первичных составляющих суммарной погрешности обеспечить дорнованием коэффициенты уточнения 8 = 2.. .3 и выше.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Проскуряков, Ю. Г. Технология упрочняюще-калибрующей и формообразующей обработки металлов / Ю. Г. Проскуряков. - М. : Машиностроение, 1971. - 208 с.
2. Проскуряков, Ю. Г. Дорнование отверстий / Ю. Г. Проскуряков. - М. : Машгиз, 1971. -
172 с.
3. Шадуро, Р. Н. Повышение качества шлицевых отверстий дорнованием на основе выявленных закономерностей технологической наследственности: автореф. дис. ... канд. техн. наук. - Могилев : 1984. - 24 с.
Белорусско-Российский университет Материал поступил 29.12.2005
R.N. Shaduro, V.V. Gaponov, P.A. Shackiy Desing - analytical method for accuracy evaluation in burnishing by mandrel
Belarusian-Russian University
Design methods of the total error of mandrelling and its components are presented in the paper.
