ПРОГНОЗИРОВАНИЕ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ  ОТВЕРСТИЙ ПРИ ДОРНОВАНИИ

 

Шадуро Р.Н., Шацкий П.А. (Белорусско-Российский университет, г. Могилев, РБ)

 

          The dependence is obtained tocalculate the hole accuracy in mandrelling and the system of its ensuring is offered.

 

Обеспечение высокой точности и качества поверхностей отверстий  дорнованием является одной из основных задач этого процесса.

Наши исследования процесса дорнования отверстий в полуупругом  режиме показывают, что суммарная погрешность, или поле рассеяния  получаемого размера d_S является функцией  независимых величин – первичных погрешностей дорнования и может быть выражена зависимостью:

,                     (1)

          где d_м – погрешность выполняемых размеров, зависящая от  исходной точности с учетом механических свойств материала детали; d_к – погрешность, возникающая из-за колебания механических свойств материала в партии деталей; d_c – погрешность,  зависящая от жёсткости стенок деталей; d_у – погрешность установки заготовки; d_u –  приращение размера в результате размерного  износа инструмента, допустимого при наименьшем предельном размере; d_т – допуск на диаметральный размер инструмента.

Расчетно-аналитическим методом были получены выражения первичных погрешностей, после подстановки которых в  формулу (1) получили зависимость для расчета суммарной погрешности в развернутом виде

,  (2)

где  К_м, К_к, К_c - коэффициенты, зависящие от механических свойств материала деталей,  величины их колебания и жесткости стенок деталей.

Обозначив второе составляющее формулы (2) через d_с и после некоторых преобразований, получим зависимость для расчета прогнозируемого коэффициента уточнения при дорновании

.                                          (3)

Для проверки правильности полученных  зависимостей были проведены экспериментальные исследования точности дорнования с предварительным расчетом суммарной погрешности по формуле (2) и коэффициента уточнения по формуле (3). Дорнованию подвергались втулки (30 штук) из бронзы Бр10Ф1   (НВ 80-90) по ГОСТ 613-79 с диаметром отверстий 20 мм.  Исходная точность отверстий соответствовала 9 квалитету точности (Т9 = 0,052 мм.). Действительная твердость материала втулок оказалась  НВ 72-97.

Ожидаемый коэффициент уточнения, который должен быть обеспечен дорнованием, рассчитанный по формуле (3) оказался e = 1,5.

После дорнования отверстий и математической обработки результатов исследований действительный коэффициент уточнения оказался ε_д==1,6.

Малые значения коэффициентов уточнения при дорновании можно объяснить существенным отрицательным влиянием первичных погрешностей, особенно d_м,, d_c и d_к. Поэтому в работе, для снижения отрицательного влияния на точность при дорновании отверстий указанных факторов, предложено ультрозвуковое дорнование (УЗД).

Формирование первичных погрешностей d_м,, d_c и d_к при СД и УЗД хорошо видно из рис. 1

Рисунок 1 – К расчету первичных  погрешностей d_м,, d_c и d_к

 1,2,3,4 – зависимости остаточных деформаций от натягов для  УЗД и СД, при минимальной и максимальной жесткости втулок;

5 – поле рассеяния действительных значений остаточных деформаций

 

Зависимость остаточных деформаций от натягов при УЗД состоит из двух прямолинейных участков с различной крутизной (рис.1, кривые 1,2). Большая   крутизна первого участка объясняется сравнительно небольшими усилиями деформирования  при малых натягах, и ударного импульса достаточно, чтобы обеспечить значительные деформации. При некотором увеличении натягов растет и сопротивление деформированию, которое даже при неизменной величине  ударного импульса уменьшает его относительную величину, выполняющую работу по деформации, что приводит к уменьшению крутизны второго участка зависимости.

Полученные расчетно-аналитическим методом зависимости для определения  первичных погрешностей d_м,, d_c и d_к при УЗД показывают, что рассчитанные по ним погрешности будут иметь значительно меньшие значения по сравнению с СД. Это объясняется значительно меньшими значениями коэффициентов К_м,, К_c и К_к  для УЗД по сравнению с СД.

Различие в значениях первичных погрешностей d_м,, d_c и d_к, для УЗД и СД наглядно видно из рис. 1.

Для УЗД применяем колебательную систему с незакрепленным инструментом (дорном), включающую магнитострикционный  преобразователь ПМС 15А-18 с номинальной мощностью 4 кВт и собственной частотой 18,75 кГц, и конический концентратор для усиления амплитуды. Источником электрических ультрозвуковых колебаний служил ультрозвуковой генератор УЗГ-10 с выходной мощностью 9,5 кВт. Рабочая амплитуда  колебательной системы А = 0,025 мм.

Процесс дорнования осуществляется за счет периодических ударов бойка,  ввернутого в торец  концентратора по инструменту, обеспечивающему микродеформации материала. Процесс происходит с огромными ускорениями, что обеспечивает создание значительных динамических усилий. Тарирование колебательной системы по обеспечению резонансного режима работы показало возможность ее эффективного использования при значительных нагрузках, поэтому в работе была поставлена задача, заключающаяся в подтверждении эффективности УЗД в повышении точности отверстий по сравнению с СД.

 Для исследований были изготовлены две выборки втулок (50 штук) из бронзы БрА9ЖЗ ГОСТ 493-79 (НВ 90-110). Действительная твердость материала оказалась НВ 83-117. Отверстия втулок обрабатывались до 12 Н9 (d_исх  = 43 мкм). Наружный диаметр втулок Д_н = 22 и 26 мм, длина отверстия = 16 мм.

Сначала были получены зависимости остаточных деформаций от натягов при твердости НВ100: для СД d_ост = 0,64 i - 0,003   (при Д_м =26 мм) ; d_ост = 0,59  i-0,002 (при Д_н= 22 мм);  для УЗД, 1-ый участок кривой  d_ост = 0,85 i – 0,002 (при Д_н = 22 – 26 мм), и 2-ой участок кривой d_ост = 0,66 i + 0,008 (при Д_н = 22 – 26 мм). При УЗД изменение Д_н в пределах 22-26 мм не влияет на изменение d_ост. Дорнование осуществлялось с натягами i = 0,03 - 0,073 мм и i_A = 0,055 мм. Предварительно были проведены расчеты первичных и суммарной погрешностей, определены ожидаемые коэффициенты уточнения для УЗД и СД, которые сведены в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Результаты расчета точности дорнования

Метод дорнования	Первичные погрешности						dS	e
	dм	dc	dк	dу	dи	dт
СД	16	2	10	4	0	6	30	1,43
УЗД	10	0	6	2	0	6	19	2,30

 

Дорнование отверстий осуществлялось дорнами изготовленными из стали Х12Ф (НRС 64-65). В качестве смазывающего вещества использовали сульфофрезол.

После измерения размеров отверстий их результаты подвергались статическим исследованиям. Прежде всего определялись статические параметры распределения точности размеров выборок втулок, позволяющие качественно оценить изменение точности. Для оценки количественного влияния первичных погрешностей на формирование суммарной погрешности  дорнования, с учетом технологической наследственности, устанавливались корреляционные связи между операциями с определением коэффициента корреляции r_ху и уравнения связи вида у = а + bх.

Количественная оценка роли технологической наследственности в формировании суммарной погрешности осуществлялась при помощи коэффициента , определяющего долю дисперсии собственной погрешности в дисперсии выходной и коэффициента , определяющего долю дисперсии унаследованной от исходной.

Результаты статистических исследований и корреляционного анализа точности отверстий после СД и УЗД представлены в таблице 2.

 

Таблица 2 – Результаты исследований точности УЗД и СД

Метод дорнования	Sx, мкм	, мкм	Sy, мкм	, мкм	eд	TD=6S	rху	Уравнение связи	M, %	N, %
СД	7,2	21,5	4,8	49,3	1,5	28,8	0,78	у=0,52х+38	39	61
УЗД	7,6	22,6	3,2	62,4	2,4	19,2	0,70	у=0,29х+56	51	49

 

Как видно из таблицы 2, подтвердилось высказанное выше  предположение по обеспечению точности при УЗД и СД отверстий. Полученные в результате экспериментов коэффициенты уточнения незначительно отличаются от рассчитанных по формулам.

Незначительное повышение точности при СД (e_д = 1,5) объясняется большой долей унаследованных первичных погрешностей в суммарной (N = 61%), в то время как  при УЗД эта доля составляет  N = 49%.

Таким образом, УЗД обеспечило более значительное повышение точности обработки отверстий (e_О = 2,4) по сравнению с СД, за счет снижения отрицательного влияния первичных погрешностей d_м, d_c, d_к и d_у.