Применение параметрической методологии проектирования технологических процессов для обработки глубоких отверстий

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ОБОРУДОВАНИЕ

УДК 658.512

Дерябин И.П., Чабуркина A.C.

ПРИМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ МЕТОДОЛОГИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ

Аннотация. При обработке точных и глубоких отверстий возникает проблема увода оси отверстия. В статье приводится пример применения новой методологии параметрического проектирования технологических процессов для обработки глубоких отверстий. Показано как на основе компьютерной отладки можно заданную точность обработки достигнуть за меньшее число переходов, что значительно снижает трудоемкость изготовления.

Ключевые слова: обработка глубоких отверстий, параметрическое проектирование, точности обработки, компьютерная отладка.

Обработка точных и глубоких отверстий является актуальнейшей проблемой современного машиностроения. При обработке таких отверстий, помимо сложностей отвода стружки и обеспечения стойкости инструмента, возникает еще проблема увода оси отверстия. В результате число операций и трудоемкость значительно возрастает. Анализ технологических процессов (ТП) обработки отверстий показывает, что комплексное выполнение всех параметров точности (диаметрального размера, формы и расположения оси) достигается с большим трудом, а количество выполняемых переходов, как правило, больше, чем необходимо для обработки других поверхностей ана-логичной точности. Особенно это ярко проявляется при обработке отверстий, имеющих высокие требования сразу к нескольким параметрам точности. Невозможность комплексно обеспечить эти параметры точности концевыми мерными инструментами (КМИ), даже на современных многопозиционных и многоинструментальных станках с ЧПУ, приводит к необходимости применения операций координатного и алмазного растачивания, в результате число операций и трудоемкость значительно возрастают. Поэтому для разработки технологических процессов обработки таких отверстий необходимо применять другие принципы проектирования, основанные на новой методологии параметрического проектирования [1].

Рассмотрим применения новой методологии на примере обработки отверстия в детали «Корпус» (рис. 1).

Технологический процесс обработки отверстия по существующим методикам проектирования включает следующие переходы:

1) зацентровать отв.(1);

2) сверлить отв.(1) на глубину 58 мм, сверло 07 мм;

Переустановить

3) зацентровать отв.(1);

4) сверлить отв.(1) на глубину 50 мм, сверло 06,5 мм;

5) зенкеровать отв.(1) предварительно на проход;

6) зенкеровать отв.(1) окончательно на проход;

7) развернуть отв.(1).

100,5_

Рис. 1. Корпус

Данный технологический процесс составлен на основе возможностей обработки отверстий спиральными сверлами. Поэтому обработка отверстия выполняется с двух сторон из-за сложностей, связанных с отводом стружки. При этом в средней части отверстия образуется ступенька из-за возникающего увода сверл и разного их диаметра. Для устранения этой ступеньки и обеспечения допуска позиционного отклонения вводятся 2 перехода зен-керования и 1 переход развертывания. Необходимо отметить, что данная технология довольно распространена для обработки глубоких отверстий типовыми инструментами: спиральными сверлами, зенкерами и развертками. Повышенная трудоемкость

обработки по такой технологии связана с трудностями отвода стружки и возникающими уводами осей отверстий.

Теперь применим новую методологию параметрического проектирования технологических процессов. Для проектирования применялась специальная компьютерная программа отладки и проектирования технологических процес- __________________

В результате моделирования (рис. 3) получили, что увод и минимальный диаметр отверстия не в допуске. Расчетный увод 0,34 мм, а заданный - 0,16 мм. Расчетный минимальный диаметр 6,95 мм, а должен быть 7 мм. Параметры точности не соответствуют заданным, поэтому производим дальнейшую отладку в автоматическом режиме.

Увод оси

Отклонение от круглости Разбивка отверстия Максимальный диаметр Минимальный диаметр

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СНИЖЕНИЮ УВОДА: Уменьшить гласный угол в плане Уменьшить осевое биение шпинделя

Повысить точность заточки (снизить допуск> главного угла

Уменьшить подачу

Уменьшить вылет инструмента

сов обработки отверстия, разработанная на основе математических моделей формообразования [2, 3]. Выбираем вид обработки - сверление в сплошном материале, тип сверла - спиральное. Затем выбираем материал инструмента - одно-корбидные твердые сплавы, а также материал детали -сплавы на титановой основе. После того, как выбор материала сделан, задаем исходные данные для моделирования (рис. 2). Параметры точности сверла задаем из технических условий для сверл нормальной точности по ГОСТ 2034-80: допуск на заточку угла при вершине ±3°, допуск на осевое биение вершины режущей кромки - 0,2 мм. Далее задаем остальные параметры обработки: диаметр отверстия детали = 7 мм; верхнее отклонение - 0,22 мм; допуск увода оси отверстия - 0,16 мм; допуск формы - 0,11 мм и др.

ИТОГОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Расчетные значения 0.9383 мм 0.2054 мм Ш.1480 ми 7.147 мм 6.764 мм

Допускаемые значения 0.1600 мм 0.1100 мм

7.220 мм 7.000 мм

Стар, данные Новые данные

Гл.уг Ос.б.шп. Ос.б.ин. Доп.гл.угла Подача Вылет ин. 59.0 0.050 0.200 3.00 0.12 110.0

50 0.05 0.1 1 0.07 110

Исходные данные Инструмент

Диаметр ¡7.0

Верхнее отклонение |0,0

Нижнее отклонение |0,03

Главный угол в плане [59,0

Допуск угла ¡3.0

Вылет инструмента 1110.0

Осевое биение инструмента 10,2

Угол наклона винтовой канавки |за,о

Жёсткость |1.19

Угол наклона перемычки ¡55.0

Заготовка-Деталь

Условия обработки

Отмена

Рис. 2. Исходные данные для моделирования

Рис. 3. Результат моделирования

Анализ возможностей перехода сверления отверстий показывает [4, 5], что заданная точность обработки может быть достигнута. При этом добиться заданной точности обработки постараемся самыми простыми способами: изменением величины подачи и геометрии режущей части сверла - главного угла в плане. Однако это не дало нужного результата. Поэтому выбираем сверло повышенной точности с параметрами: допуск на заточку угла при вершине +1 допуск _ на осевое биение вершины режущей кромки - 0,1 мм. Также снижаем подачу.

В результате отладки (рис. 4) увод получился 0,15 мм, т.е. в допуске. Далее подбираем диаметр сверла. Поскольку сверло оснащено пластинкой из твердого сплава, то выполнить нужное значение диаметра несложно. По рекомендации необходимый диаметр инструмента для получения минимального диаметра отверстия в пределах допуска равен 7,06. Увеличиваем диаметр до рекомендуемого и получаем результат моделирования (рис. 5). Все параметры точности в допуске.

В результате моделирования получили данные, обеспечивающие все требуемые параметры точности.

Диаметр отверстия детали ¡7.0

Веркнее отклонение ¡0.22

Нижнее отклонение ¡0,0

Твердость материала ¡225,0

Допуск увода ¡0,16

Допуск. Формы ¡0,11

Длина обработки ¡100,0

Подача ¡0,12

Осевое биение шпинделя ¡0,05

Коэффициент резания К1 ¡236,96

Коэффициент резания К2 ¡763.22

Коэффициент резания КК1 ¡390,23

Коэффициент резания КК2 ¡407,69

Продолжение

И т б г б

Увод оси

Отклонение от круглости Разбивка отверстия Максимальный диаметр Минимальный диаметр

Dnax Dnin Dhom

ВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Расчетные значения 0.1456 мм 0.02 70 мм 0.0721 мм 7.072 мм 6.942 мм инструмента= 7. ООО мм инструмента= 6.970 мм инструмента= 7.000 мм

Попускаемые значения 0.1600 мм 0.1100 мм

7.220 мм 7.000 мм

ПРОДОЛЖАТЬ ОТЛАДКУ? ИЗ НЕТ УВЕЛИЧИТЬ ДИАМЕТР ИНСТРУМЕНТА? 5Ш НЕТ Нужная величина увеличения 0.0580

Введите новое значение

Старое Новое Dhom. инструмента 7.000 7.06

Рис. 4. Результаты отладки

ИТОГОВЫЕ

РЕЗУЛЬТАТЫ

ОТЛАДКИ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ИНСТРУМЕНТ Диаметр 7.060

Верхнее отклонение 0.000 Нижнее отклонение —О.030 Жесткость 1.2

угол s плане 50.О

Доп уск угла 1.00

Уг наклона винт кан 30.0 Угол перемычки 55.0

Зылет инструмента 110.00 )севое биение реж кр 0.100

ЗАГОТОВКА Диаметр отв дет Верхнее отклонен Нижнее отклонен Твердость матер Допуск увода Доп уск Формы

УСЛОВИЯ ОБРАБОТКИ 7.000 Длина обработки 100.000 0.220 Коэф резания К1 = 165.59 0.000 К2= 555.47

225 КК1 = 285.41

0.1600 КК2= 287.33

0.1100 Подача

Осевое биение шпинделя

0.070 О.О50

РЕЗУЛЬТАТЫ ОТЛАДКИ

^струмент - СВЕРЛО СПИРАЛЬНОЕ 1атериал инструмента — ВК6 1атериал детали - ВТ15

ИТОГОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫВЕСТИ НА ПЕЧАТЬ?

Максимальный диаметр 7.131 мм

Минимальный диаметр 7.003 мм

Увод 0.1409 мм

Отклонение от круглости 0.0261 мм

Разбивка отверстия 0.0713 мм [Щ] НЕТ

Рис. 5. Результат моделирования

Следующим переходом выбираем зенкерование, которое необходимо для удаления возможной ступеньки в середине отверстия, возникающей из-за встречного сверления с двух сторон. Процедура проектирования этого перехода аналогична первому переходу. Ввод исходных данных для зенкерования показан на рис. 6, результаты отладки - на рис. 7. Параметры отверстия в заготовке берем из предыдущей операции сверления. На операциях обработки заготовок с предварительным отверстием учитывается наследование погрешностей предшествующего перехода и погрешности установки.

Таким образом, в спроектированном по предлага-

емой параметрической методологии технологическом процессе заданная точность обработки может быть достигнута за меньшее число переходов без применения дополнительных операций зенкерования и развертывания.

Технологический процесс с использованием параметрической методологии:

1) зацентроватьотв. (1);

2) сверлить на глубину 58 мм, сверло 07,06 мм;

А Переустановить

3) зацентровать отв. (1);

4) сверлить отв.(1) на проход, сверло 07,06 мм;

5) зенкеровать.

Рис. 6. Исходные данные для моделирования

tija Результат расчёту ШЁ!Е§

Результат Расчёта

Параметр: Значение: Допуск:

Уещ оси НЕ мм 0.1600 мм

Отклонения от круглости HIIIUI мм Ь 1100 мм

Разбивка отверстия 0.0013 мм

Максимальный диаметр ЕИШ; мм У. 220 мм

Минимальный диаметр мм 7.000 мм

Дополнительные параметры:

К1= 28 К2= 29 ,Жёсткс11ль= 5.000

Исслгдэвагь графики Закончить расчет

Рис. 7. Результатотладки

Другим эффектом применения новой методологии параметрического проектирования является снижение времени и материальных затрат на отладку технологического процесса при ТПП. Так как основные параметры переходов (геометрия инструмента, режимы резания, параметры оснастки, оборудования

и др.) определены расчетными методами для обеспечения заданной точности обработки, этап натурной отладки может быть значительно упрощен. Выявленные на этом этапе недостатки технологического процесса могут быть устранены при помощи компьютерной диагностики.

Предлагаемая методика параметрического проектирования технологических процессов позволяет усовершенствовать систему ТПП, в которой этап параметрического проектирования планов обработки одновременно решает и задачи отладки, возникающие на этапе внедрения спроектированного технологического процесса в производство, что значительно сокращает затраты времени и материальных средств на этом этапе.

Список литературы

1. Дерябин И.П. Методология параметрического проектирования технологических процессов // Инженерный журнал. 2012. №6. С. 3-6.

2. Дерябин И.П., Гузеев В.И. Прогнозирование параметров точности при обработке отверстий // Технология машиностроения. 2006. №4 (46). С. 9-14.

3. Дерябин И.П. Проектирование, отладка и диагностика технологических процессов в АСТПП // Вестник машиностроения. 2008. №1. С. 43-45.

4. Дерябин И.П. Информационно-справочная база погрешностей обработки отверстий для технологического проектирования // Инженерный журнал. 2008. №9. С. 16-21.

5. Гузеев В.И., Батуев В.А., Сурков И.В. Режимы резания для токарных и сверлильно-фрезерно-расточных станков с ЧПУ: справочник. М.: Машиностроение, 2005. 386 с.

Сведения об авторах

Дерябин Игорь Петрович - д-р техн. наук, проф. кафедры «Технология машиностроения, станки и инструмент» ФГБУО ВПО «Южно-Уральский государственный университет», г.Челябинск. Тел.: 8(3513)66-53-28. Fax: (3153) 63-4403. E-mail: derigp@gmail.com.

Чабуркина Анна Сергеевна - аспирант кафедры «Технология машиностроения, станки и инструмент» ФГБУО ВПО «Южно-Уральский государственный университет», г.Челябинск. E-mail: Chas1@bk.ru.

INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH

APPLICATION OF ENGINEERING PROCESS DESIGN PARAMETRIC METHODOLOGY FOR DEEP HOLES MACHINING

Derjabin Igor Petrovitch - D.Sc. (Eng.), professor, Technology of Mechanical Engineering, Machinery and Tools department, South Ural State University, Chelyabinsk. Phone: 8(3513) 66-53-28. Fax: (3153) 63-44-03. E-mail: derigp@gmail.com.

Chaburkina Anna Sergeevna - a postgraduate student, Technology of Mechanical Engineering, Machinery and Tools department, South Ural State University, Chelyabinsk. E-mail: Chas1@bk.ru

Abstract. When processing exact and deep openings a problem of opening axis withdrawal is emerged. An example of application of new methodology of engineering processes parametrical design for deep openings processing is given in the article. The way you can achieve a given accuracy in fewer clicks on the basis of computer-based debugging greatly reducing the complexity of manufacturing is shown.

Keywords: processing of deep openings, parametrical design, accuracy of processing, computer debugging.

References

1. Derjabin I.P. Metodologiya parametricheskogo proektirovaniya tekhnolog-icheskikh protsessov [Methodolog of parametrical design of technological processes]. Engineering magazine, 2012, no. 6, pp. 3-6.

2. Derjabin I.P., Guzeev V.I. Prognozirovanie parametrov tochnosti pri obrabot-ke otverstj [Forecasting of accuracy parameters when processing openings]. Technology of mechanical engineering. 2006, no. 4 (46), pp. 9-14.

3. Derjabin I.P. Proektirovanie, otladka i diagnostika tekhnologicheskikh protsessov v ASTPP [Design, debugging and diagnostics of technological processes in ACTnn]. Messenger of mechanical engineering, 2008, no. 1, pp. 43-45.

4. Derjabin I.P. Informatsionno-spravochnaya baza pogreshnostej obrabotki otverstij dlya tekhnologicheskogo proektirovaniya [Directory base of errors of processing of openings for technological design]. Engineering magazine, 2008, no. 9, pp. 16-21.

5. Guzeev V.I., Batuyev V.A., Surkov I.V. Rezhimy rezaniya dlya tokarnykh i sverlil'no-frezerno-rastochnykh stankov s CHPU [Rezhimy of cutting for turning and drilling and milling and boring machines with ChPU]. Moscow: Mechanical engineering, 2005, 386 p.

УДК 621.771

Белевский Л.С., Исмагилов P.P.

ОПЫТ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛИТЫХ СТАЛЬНЫХ РАБОЧИХ ВАЛКОВ СТАНОВ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ из СЛИТКОВ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА

Аннотация. Разработана технология изготовления литых стальных валков станов холодной прокатки из слитков электрошлакового переплава. Изучены свойства литокованых валков из стали марки 9Х2МФ-Ш и литых валков из стали марки 60ХЗСМФ-Ш. Установлено, что стоимость изготовления литого валка на 17% ниже, чем литокованого. Ключевые слова: рабочие валки, холодная прокатка, электрошлаковый переплав, механические свойства.

Рабочие валки листовых станов холодной прокатки, изготавливаемые по традиционной технологии, имеют глубину закаленного слоя всего 10-15 мм. В результате стойкость их низкая, и до 40% валков выходит из строя преждевременно по поверхностным повреждениям - трещины, выкрошки, отслоения. Примерно такое же количество валков списывается по причине навара рабочей поверхности бочки. Большая глубина закаленного слоя может быть достигнута путем использования новых материалов и совершенствования технологии изготовления валков. Одним из путей борьбы с наваром валков при обрывах является использование валковых материалов, обладающих противонавар-ными свойствами, например сталей с повышенным содержанием кремния или чугунных валков [1, 2].

Анализ технических характеристик валков холодной прокатки ведущих зарубежных фирм [3, 4] позволяет сделать вывод, что для увеличения глубины закаленного слоя следует повысить степень легирования стали, в основном хромом. Повышение прокали-ваемости возможно также при применении заготовки электрошлакового переплава (ЭШП), обеспечивающего значительное снижение загрязненности стали неметаллическими включениями, особенно в поверх-

ностных слоях, подвергающихся закалке.

При разработке технологии изготовления валков холодной прокатки (ВХП) в условиях предприятий ООО «ЮжУралТехноТрейд», г. Магнитогорск, и ООО «Уральский завод нестандартного оборудования» («УЗНО»), г. Орск, использованы заготовки ЭШП и повышение степени легирования хромом. Выбор в качестве заготовки для изготовления рабочих ВХП металла ЭШП объясняется значительными его преимуществами перед металлом элекгродуговой выплавки [5]. При ЭШП количество неметаллических включений, особенно сульфидов, уменьшается в 1,5-2,5 раза. Достигаются также меньшая микронеоднородность, повышенная плотность и равномерность структуры и, следовательно, одинаковость свойств металла по сечению и высоте переплавленного слитка. Сталь ЭШП характеризуется меньшей дендритной неоднородностью, более равномерным распределением ликвирующих элементов, большим на 25% пределом усталости.

Валки с литой бочкой и коваными шейками классифицируются как «литокованые». При изготовлении валков в литокованом исполнении, в качестве электродов для ЭШП использовались отработанные валки.