Д.т.н., профессор Зверовщиков В.З., к.т.н., доцент Зотов Е.В.

Пензенский государственный университет

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ОБЪЕМНОЙ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ ГРАНУЛИРОВАННЫМИ РАБОЧИМИ СРЕДАМИ НА ПОЛИМЕРНОЙ СВЯЗКЕ

Повышение качества и конкурентоспособности машиностроительной продукции путем внедрения эффективных инновационных технологий является необходимым условием развития отечественного машиностроения в современной рыночной экономике.

Не только крупные промышленные предприятия, но и предприятия среднего и малого бизнеса в машиностроительном комплексе вынуждены непрерывно совершенствовать известные и разрабатывать новые технологии для повышения качества выпускаемой продукции, чтобы конкурировать с аналогичной продукцией развивающихся стран, быстро укрепляющихся на отечественном рынке.

Практически во всех отраслях промышленности, а особенно в машиностроении, неуклонно возрастает удельный вес объемной отделочно-зачистной и упрочняющей обработки гранулированными рабочими средами (ГРС).

Наиболее широкое распространение получила галтовочная обработка во вращающихся цилиндрических или граненых барабанах, вибрационная обработка в камерах, которым сообщают низкочастотные осциллирующие движения и центробежно-ротационная обработка, при которой рабочая загрузка, состоящая из гранулированной среды и обрабатываемых деталей, формируется в тороидально-винтовой поток в неподвижной камере при помощи примыкающего к ней вращающегося ротора в форме тарели с коническими стенками.

Обработка по этим способам основана на воздействии ГРС на поверхности деталей при их взаимном перемещении в рабочей загрузке под действием вибрационных или инерционных ил. Интенсивность обработки зависит от технологических режимов, зернистости шлифовального материала, формы, материала связки абразивных гранул рабочей среды и состава технологической жидкости.

Основным недостатком, присущим этим способам отделочно-зачистной и упрочняющей обработки, является невысокое контактное давление ГРС на обрабатываемые поверхности деталей, величина которого ограничивается в скользящих слоях рабочей загрузки, где происходит наиболее интенсивный съем металла, гравитационными силами.

Более производительной является обработка при уплотнении массы рабочей загрузки, состоящей из ГРС, обрабатываемых деталей и технологической жидкости, инерционными силами в контейнерах с планетарным вращением. Эта технология обработки основана на эффективном использовании центробежных сил, возникающих при вращении водила вокруг собственной оси и контейнеров - вокруг осей, параллельных оси водила.

Изучение опыта промышленного применения этой технологии показывает, что существенным недостатком, присущим центробежной обработке, как и другим способам объемной обработки, является отсутствие стабильности показателей качества поверхности на труднодоступных участках, таких как пазы, углубления, внутренние полости, что связано с образованием зон относительного покоя или «застойных» зон в объеме контейнера или камеры. При попадании обрабатываемых деталей в «застойную» зону, интенсивность относительного проскальзывания гранул шлифовального материала и поверхностей деталей существенно замедляется или же полностью прекращается. В связи с этим появляется необходимость в разбраковке деталей и повторной обработке неудовлетворительно обработанных деталей или ручной дополировке труднодоступных участков поверхностей, что существенно повышает трудоемкость отделочно-зачистных операций.

Поэтому актуальной является задача совершенствования отделочно-зачистной обработки в контейнерах с планетарным вращением путем создания одинаковых условий обработки в объеме контейнера за счет циклического разрушении застойной зоны и повышения гибкости технологического процесса для широкой номенклатуры обрабатываемых деталей с использованием универсального оборудования, позволяющего в широком диапазоне регулировать технологические параметры процесса.

Кроме того, недостаточно изучено влияние на процесс объемной центробежной обработки такого вида рабочих сред как гранулы на полимерной связке, применение которых позволяет существенно повысить показатели качества поверхности. Недостаточно исследован механизм контактного взаимодействия гранул шлифовального материала с обрабатываемыми поверхностями деталей, что ограничивает область эффективного применения и снижает эффективность объемной центробежно-планетарной обработки

Для повышения качества поверхностей деталей, путем формирования однородных качественных характеристик на труднодоступных участках профиля за счет циклического изменения инерционных сил, действующих на рабочую загрузку, нами предложен новый способ объемной центробежно-планетарной обработки [1].

При обработке контейнерам с рабочей загрузкой сообщают переменную угловую скорость относительно водила планетарного механизма, а диапазон циклического варьирования скорости за оборот контейнера вокруг собственной оси ограничивают расчетным соотношением, причем внутреннюю стенку контейнера устанавливают с эксцентриситетом относительно оси вращения, что позволяет дополнительно сообщить рабочей загрузке радиальные осциллирующие движения.

При разработке нового способа были решены следующие задачи:

- установлены кинематические закономерности движения рабочей загрузки и определено динамическое воздействие гранул рабочей загрузки на обрабатываемые поверхности деталей;

- разработана математическая модель контактного взаимодействия гранул рабочей среды с обрабатываемыми сложнопрофильными поверхностями деталей;

- выполнены экспериментальные исследования влияния технологических факторов на качественные характеристики поверхности и оценена адекватность предложенных математических моделей;

- разработаны рекомендации по проектированию технологии отделочно-зачистной обработки для нового способа ЦПО и обеспечено внедрение результатов исследования в производство.

Экспериментальные исследования были проведены на модернизированной опытно-промышленной центробежно-планетарной установке с использованием аттестованной контрольно-измерительной аппаратуры, поверенных приборов на основе методики многофакторного планирования эксперимента.

Экспериментальные исследования показали, что предлагаемый способ объемной центробежной планетарной обработки деталей позволяет повысить эффективность и стабильность обработки деталей и позволяет улучшить качественные характеристики поверхностей деталей. Шероховатость поверхности устойчиво снижается с Ra=3,2…6,3 мкм до Ra=1,25…2,0 мкм. Достигается устойчивое снижение шероховатости в пазах и углублениях поверхностей деталей.

Проведенные исследования позволили:

- выявить взаимосвязи характера движения рабочей загрузки в контейнере с параметрами циклического плавного изменения скорости вращения контейнера вокруг собственной оси при планетарном движении контейнера и радиальных осцилляциях внутренней стенки, что позволило стабилизировать условия обработки деталей;

- разработать программное обеспечение, позволяющее на основе моделирования движения уплотненной рабочей загрузки исследовать влияние технологических факторов на кинематические и динамические характеристики при контактном взаимодействии гранул и поверхностей обрабатываемых деталей;

- разработать математические модели влияния переменной скорости вращения контейнера и радиальных осцилляций стенки на шероховатость поверхности обрабатываемых деталей, позволяющих определить рациональные режимы обработки;

- разработать методику анализа контактного взаимодействия гранул рабочей среды с обрабатываемой поверхностью в зависимости от технологических режимов и условий обработки для прогнозирования параметров шероховатости поверхности с учетом статистических закономерностей распределения абразивных частиц на поверхности гранул на полимерной связке;

- получить эмпирические математические модели формирования шероховатости поверхности, производительности обработки и износа гранул при варьировании технологических факторов для абразивных гранул на полимерной связке.

Таким образом, применение нового способа объемной обработки деталей в контейнерах с планетарным вращением позволяет повысить стабильность и производительность объемной обработки деталей в контейнерах с планетарным вращением и обеспечивает создание условий для формирования однородных качественных характеристик поверхности по контуру обрабатываемых деталей, особенно на труднодоступных участках профиля.

Литература:

1. Пат. 2401730 Российская Федерация, МПК В24В 31/104 Способ центробежной абразивной обработки деталей, заявитель и патентообладатель Пензенский гос. университет. - № 2009109496; заявл. 16.03.09; опубл. 20.10.10, Бюл. №29.