- RU
- ENG
Универсальный токарно-винторезный станок модели CS6266Bх1500 (Ø660 х 1500 мм)Страна: КитайПроизводитель:
Одним из путей улучшения качества машин является повышение качества изготовления всех деталей, в том числе выполнением допусков размеров как можно ближе к номинальному положению в поле допуска.
Однако, на предприятии совершенствование всех технологических процессов для получения более высоких значений точности, шероховатости и др. одновременно невозможно из-за ограниченности ресурсов. Для организации непрерывного процесса улучшения качества в первую очередь разрабатываются мероприятия для наиболее проблемных операций, как правило, финишных и сборочных. Уменьшение погрешностей, возникших в ходе обработки на финишных операциях, - дорогостоящий процесс. Технолог при подготовке маршрута обработки должен опираться на знания о наборе факторов, действующих на всех этапах формообразования и причинах возникновения отклонений. На основе этого формируются действия по улучшению других процессов изготовления. Примерами таких действий могут быть: ремонт оборудования, замена материала, подналадка или замена инструмента, заточка инструмента, правильная организация рабочих мест и управления работниками, применение прогрессивной оснастки и т. д.
Существуют несколько деталей изделия, требования к которым наиболее высоки - они называются ответственными. Для обеспечения качества таких деталей автору известны следующие рекомендации:
При работе в условиях единичного и мелкосерийного производства обрабатывается бесчисленное множество различных деталей. Разрабатывать методы повышения качества в ходе технологического процесса для каждой из них бессмысленно. Проблема технологического обеспечения показателей качества решается на базе разработки типовых технологических процессов и рекомендаций. Типовой процесс является той основой повышения качества деталей, на которой можно реализовывать различные методы обработки с учетом эксплуатационных особенностей деталей. Приведем некоторые рекомендации для геометрической формы деталей, наиболее часто встречающихся в производстве - валов, стаканов (гильз), корпусных деталей.
Ответственные детали типа валов
В условиях производства возможно достигать отклонения от круглости порядка 1 мкм, отклонения от цилиндричности 0,5-1,0 мкм, точности размера по диаметру 10 мкм, отклонения от соосности отдельных шеек 2-3 мкм. Параметры шероховатости поверхности по среднему арифметическому отклонению профиля составляет порядка 0,08 мкм. Такие значения достигают применением жестких и точных станков с использованием высокоточных измерительных устройств. При этом в последнее время во все большем количестве процессов шлифование заменяется на тонкое чистовое точение, в том числе с применением пластин с круглой режущей кромкой. При этом возможно достижение показателя шероховатости 1,6 и 1.
Параметры качества деталей типа валов тесно связаны с качеством заготовок. Даже для типового технологического процесса необходимо учитывать, что пространственные отклонения валов после чернового прохода составляют 0,06 отклонения заготовки, а после чистового прохода - 0,04 отклонения, возникшего после чернового прохода. Эти данные могут незначительно меняться в зависимости от жесткости технологических систем.
Исправлять погрешности формы исключительно на финишных операциях слишком дорого. Более того, при многопроходном шлифовании валов с постоянной подачей исходная погрешность, оставшаяся после обработки лезвийным инструментом, постоянно увеличивается, так как постоянно увеличивается разность между заданной и фактической глубиной резания. Для постоянного уменьшения погрешностей следует при каждом последующем ходе уменьшать подачу на глубину.
При шлифовании наиболее часто приходится исправлять отклонения формы в виде наследственных трех- и пятигранников. Поэтому для обеспечения высоких требований по отклонениям формы нельзя при одной и той же наладке станка шлифовать заготовки овальной и пятигранной исходной формы поверхности.
Кроме того, нельзя использовать традиционную двухточечную схему измерений, используя штангенциркуль или микрометр, т. к. при таком способе отклонение от круглости не будет зафиксировано. Необходимо использовать измерения в нескольких точках и кругломеры.
Для повышения точности валы обрабатывают в центрах. При этом на отклонение формы обрабатываемой поверхности существенное влияние оказывает состояние контакта между центром и центровым отверстием и изменение жесткости по углу поворота. Возникающая при этом погрешность формы является устойчивой. Меры борьбы с такой погрешностью: использование центровых отверстий с криволинейными образующими и специальных центров, обеспечение необходимого соотношения углов центровых отверстий и центров, повышение точности формы центровых отверстий.
Хорошие результаты дает шлифование центровых отверстий, а также их правка гранеными твердосплавными центрами с числом граней 3 или 5.
Указанные на рис. 1 соединения также могут компенсировать некоторую несоосность центров металлорежущих станков.
Детали в виде гильз
Отклонение от цилиндричности наружной поверхности может достигать 2-3 мкм, а внутренней под подшипники 2 мкм. Важное значение имеет биение двух указанных поверхностей. Оно может достигать 2-3 мкм. Отклонение от соосности отверстий под подшипники в гильзах может быть обеспечено в пределах 3 мкм. И в этом случае достижение в производственных условиях высоких показателей качества может быть рассмотрено как своеобразная технологическая надстройка над основой в виде типового процесса обработки деталей.
Типовые технологические процессы изготовления колец, втулок и гильз схожи между собой. Общей основной технологической трудностью изготовления всех этих деталей является обеспечение малых отклонений формы наружных и внутренних поверхностей, малых отклонений от цилиндричности, биению поверхностей.
Конструктивные элементы деталей в виде лысок, отверстий, пазов и т.д. в ходе обработки порождают отклонения формы на ответственных поверхностях. Обеспечение качества деталей типа втулок, колец и гильз непосредственно связано с особенностями закрепления их при обработке резанием. Наружная установочная поверхность всегда имеет отклонения формы. Даже при закреплении заготовок распределенными нагрузками передача погрешностей с наружной поверхности на внутреннюю оказывается ощутимой. Например, у втулок диаметром наружной поверхности 30 мм, диаметром отверстия 16 мм и длиной 25 мм, установленных в зажимном приспособлении для растачивания, погрешности наружной поверхности переносятся на отверстие с коэффициентом (в среднем) 0,5, а число граней установочной поверхности переносится полностью. Поэтому важно обеспечить расчетные отклонения формы установочных поверхностей, в том числе для торцовых поверхностей гильз, так как закрепление по торцам, имеющим отклонение от плоскостности, приводит к искажениям цилиндрических наружных поверхностей.
Разнообразие методов обработки заготовок указанных деталей, различные сочетания силовых и тепловых факторов воздействия инструмента на обрабатываемую поверхность приводят к возникновению остаточных тангенциальных напряжений, различных по значению и знаку. Даже в рамках одного метода обработки напряжения существенно изменяются. Так, при тонком точении они изменяются до 3 раз, при тонком шлифовании до 6 раз, при суперфинишировании до 2, при виброобкатывании также до 2 раз, что следует учитывать при технологическом формировании качества деталей.
Вопрос о напряжениях непосредственно связан с отклонениями формы поверхностей колец, втулок и гильз. Реальные поверхности всегда имеют волнистость. После токарной обработки заготовок диаметром 50-80 мм под такой поверхностью возникает слой со структурой, отличной от структуры основного материала. Глубина этого слоя составляет 25-50 мкм. После термической обработки на операции шлифования можно добиться очень малых отклонений формы. Однако на глубине 10-12 мкм от поверхности прошлифованного образца располагается пояс аустенитных зерен. Толщина этого пояса оказывается различной и периодически повторяющейся в соответствии с расположениями тех волн, которые имелись на заготовке до шлифования. Стечением времени нестабильный по структуре слой аустенита превращается в мартенсит. При этом, естественно, изменяется (увеличивается) объем материала. В тех местах, где слой аустенита был шире, происходит большее изменение объема (увеличение) и наоборот. Поэтому деталь, имевшая после шлифования весьма малые отклонения формы, получает наследственную волнистость числом волн, равным их числу после токарной обработки.
Для уменьшения технологическими методами отклонений формы необходимо рассматриваемую поверхность обработать дополнительно методами, создающими сжимающие напряжения, так как они замедляют процесс превращения аустенита в мартенсит и локализуют имеющиеся дефекты поверхности. Одним из таких методов является алмазное выглаживание. В результате такой обработки отклонение формы за один и тот же промежуток времени оказывается почти в 3 раза меньшим, чем после шлифования эльбором. Одновременно следует уменьшить волнистость поверхностей после токарной обработки, а если это допускает деталь - применить стабилизацию, т. е. выдержку в нагретом состоянии в течение заданного времени.
Другой группой методов, относящихся к инженерии поверхностей, являются методы плазменной электроискровой обработки и ультразвукового выглаживания. Следует различать области применения этих методов. Например, ультразвуковая обработка наиболее применима для термически необработанных материалов. Применение этих методов позволяет создать сжимающие напряжения и частично преобразовать структуру поверхностного слоя, улучшить шероховатость и повысить износостойкость, однако не исправляет погрешностей формы. Мероприятия указанного типа способствуют стабилизации выходных параметров качества при изготовлении деталей и сохранению этих качеств во времени.
Различные способы напыления и наплавки возможно применять для ремонта деталей, размер которых меньше нижней границы допуска. Наиболее простым и результативным в применении является способ газоплазменного напыления.
Корпусные детали
Имеют две группы ответственных поверхностей, определяющих качественные показатели: отверстия под подшипники и плоские направляющие поверхности. Отклонение от параллельности осей главных отверстий и направляющих поверхностей может составлять около 3 мкм. Отклонение от прямолинейности и параллельности направляющих поверхностей (средняя длина до 1000 мм) 3 мкм, отклонение от цилиндричности главных отверстий корпусов может быть достигнуто порядка 3 мкм. Такое же значение характерно и для отклонения от прямолинейности осей отверстий.
Типовой технологический процесс изготовления ответственных корпусных деталей предусматривает проведение фрезерных операций только для обдирки перед старением, а на последующих операциях - строгание. Отверстия растачивают на базе предварительно обработанных направляющих поверхностей. Главные отверстия обрабатывают хонингованием или доводкой несколькими притирами. Часто эти операции производят после сборки корпусных деталей с некоторыми сопряженными деталями для создания реальной деформационной картины функционирования готового изделия. Алмазное растачивание и хонингование проводят при вертикальном расположении оси главного отверстия. На базе указанных типовых технологических приемов возможно дальнейшее повышение качества корпусных деталей.
Конструктивные формы корпусных деталей непосредственно влияют на теплоотвод при растачивании основных отверстий. Неравномерный теплоотвод приводит к отклонению от соосности. Местный нагрев корпусных деталей вызывает упругий поворот их отдельных элементов и формирование погрешностей. Последовательное растачивание дает более низкие показатели качества, чем одновременное. Наилучшие результаты получены при одновременном растачивании симметричных частей корпусов.
Особенно ощутимо технологическое воздействие на материал корпусных деталей. Установлены количественные соотношения показателей качества деталей и физико-механических, а также химических характеристик материала. Изнашивание корпусов из чугунов одного и того же химического состава, но с различными расстояниями между графитовыми включениями существенно отличается друг от друга. Следовательно, износом можно управлять, назначая способ получения заготовок и последующую термическую обработку.
Процессом коробления следует управлять на начальных стадиях технологического процесса за счет изменения химического состава чугунов и рационального конструирования литых деталей. Равновесное состояние отливок, в свою очередь, нарушается при обработке резанием, вследствие чего возникают дополнительные деформации. Например, после черновой обработки одной из корпусных деталей длиной 400 мм возникает прогиб в 0,1 мм. Наиболее эффективный способ борьбы с короблением - регулирование процесса охлаждения отливок, а также процесс низкотемпературного отжига в печах в течение заданного времени. Из сказанного следует, что в современном производстве не удается выделить чисто механосборочный передел. Его надо рассматривать в совокупности со всеми этапами производства.
В ходе обработки корпусных деталей возникает опасность искажения формы главных отверстий при закреплении заготовок на металлорежущих станках. Искажения непосредственно связаны с конструкцией детали и могут быть так велики, что на финишных операциях не поддаются исправлению. Существенной ошибкой при закреплении корпусных деталей является последовательный ввод в работу нескольких зажимов. В этом случае возникает неблагоприятная деформационная картина закрепления, несмотря на кажущееся обеспечение заданных сил, и координат их приложения. Необходимо одновременное закрепление во многих местах, предназначенных для приложения сил. Примером может быть зажимное устройство, у которого при вращении рукоятки перемещается поршень гидравлического устройства, и давление рабочей жидкости одновременно передается по трубопроводам к зонам закрепления корпусной детали.
Наивысшую точность обеспечивает схема закрепления, соответствующая схеме закрепления корпуса после сборки его в готовой машине. При этом указанную схему нужно применять не только на финишных операциях, но и на многих предшествующих.
Наиболее ответственной является операция растачивания. Причинами возникновения погрешностей следует считать переменную глубину резания из-за наследственных погрешностей формы, смещение оси расточной оправки относительно оси растачиваемого отверстия и переменную жесткость по углу поворота и вылету шпиндельного узла расточного станка. В настоящее время разработаны специальные устройства, позволяющие выравнивать жесткость технологических систем, а также производить более точную настройку станков (центроискатели, лазерные измерители и т.д.).
Требования же наименьших отклонений формы должны быть указаны для всех технологических операций, а не только для финишных. Отклонения от прямолинейности образующих, а также отклонения формы (отклонения от цилиндричности) можно прогнозировать расчетом.
Однако, с внедрением процессного подхода при управлении качеством изделий акцент переносится с контроля деталей на контроль процесса. Т.е. в этом случае для контроля процесса применяются средства мониторинга. Например, непосредственно во время обработки лазерным датчиком измеряются параметры шероховатости и при необходимости корректируются режимы резания. Чем чаще производится наблюдение за параметрами, тем раньше выявляются отклонения, а процесс точнее приближается к оптимальному. Таким образом, мониторинг или специально организованное систематическое наблюдение за состоянием объектов явлений с целью их оценки, контроля позволяет не только оптимизировать процесс, добиться сокращения времени технологического цикла, но и повысить качество продукции. Безусловно, такая прогрессивная организация формы работы возможна только с интеграцией в технологический процесс ЭВМ или интеллектуальных микропроцессорных устройств.
Кроме возможности управления процессом обработки и экономии времени на измерения становится возможным проводить измерения в автоматизированном режиме, без участия человека, передавая информацию по сети в базу данных, в которой она становится доступной для анализа.
Разумов-Раздолов К.Л.
Журнал «Главный механик», №8, 2008
Литература:
