ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ ФИНИШНОЙ ОБРАБОТКИ ГЛУБОКИХ ОТВЕРСТИЙ МАЛОГО ДИАМЕТРА

     

Батинов И.В., Пузанов Ю.В. (ГОУ ВПО ИжГТУ, г.Ижевск, РФ)

 

The research probes problem attainment of accuracy finish-machine deep hole. Under investigation machine mandrel of lateral deep hole small diameter. Present  statistic after machine drill and mandrel.

 

Технология обработки отверстий  относится к числу наиболее трудоёмких и является сложнее, чем обработка наружных поверхностей  [4]. При этом обработка отверстий достаточно широко распространена и по объёмам сопоставима с обработкой наружных поверхностей.  В строительном, дорожном и автомобильном промышленном комплексе применяются детали типа втулок и гильз с точным центральным осевым  глубоким отверстием малого диаметра (Ø3 ÷ Ø10 мм).  Обработка точных отверстий в таких деталях производится в несколько операций.  Сначала выполняются методы предварительного резания, а затем финишные методы обработки.  Трудоёмкость обработки отверстий составляет 40 ÷ 90% трудоёмкости механической обработки этих деталей [4].

Эффективным методом при обработке глубоких точных отверстий является деформирующее протягивание [1, 2]. Имеется опыт разработки инструмента, оснастки и приспособлений  для дорнования глубоких отверстий малого диаметра в осесимметричных деталях [3]. Практически отсутствуют сведения о применении процесса дорнования при изготовлении нетехнологичных отверстий, например, с неравномерной стенкой. Известны конструкции толстостенных  втулок, у которых необходимо обработать глубокое отверстие, расположенное  в поперечном сечении перпендикулярно центральной  оси симметрии.  При этом   достижение требуемой точности является ещё более сложной и трудоёмкой технологической задачей, по сравнению с обработкой продольных осевых отверстий. Неравномерность  стенки отверстия вызывает трудности в достижении одинаковой точности по всей длине отверстия. Малый диметр отверстия  усложняет условия применения  инструмента в виде деформирующей протяжки.

Проведены экспериментальные работы по исследованию точности процесса дорнования при обработке глубокого отверстий диаметром Ø3,55Н7, выполненное в  поперечном сечении осесимметричной   втулки с наружным диаметром Ø50 мм.  Исходной обработкой было глубокое сверление. Целью исследований явилось определение зависимости точности получаемых  отверстий от натяга дорнования. Дорнование проводилось на прессе мод. 6320        с применением специально разработанной оснастки и инструмента-дорна в виде пуансона.  Компоновка технологической наладки обработки показана на фотографии (рисунок 1).

Рисунок 1 -  Компоновка технологической наладки дорнования  

 

Исследование точности обработки отверстий проводилось статистическим  методом на выборке  заготовок  в количестве 20 штук. На каждой заготовке в продольном направлении на образующей  линии цилиндра   были просверлены  по три поперечных отверстия равноудаленные друг от друга,  разных диаметров на номинальное значение соответственно  D₁=Ø3,4 мм, D₂=Ø3,45 мм,  D₃=Ø3,5 мм. Далее отверстия обрабатывались дорном-пуансоном по схеме проталкивания. Для обработки применялся дорн с диаметром по цилиндрической ленточке d_л= Ø3,60_{-0,01 мм. Таким образом, теоретические диаметральные  натяги дорнования имели значения Nд1}=0,20 мм, Nд₂=0,15 мм, Nд₃=0,10  мм.

После сверления и после дорнования проводились измерения диаметра отверстий на координатно-измерительной машине модели ECLIPSE-ATAC со сменной щуповой головкой ECLIPSE-ST3. Машина предназначена для измерения геометрических параметров отверстий, обработки измеренных данных и представления результатов измерений в удобной для пользователя форме. На столе машины строго горизонтально в призме устанавливалась измеряемая деталь. Измерение проводилось в трёх сечениях по глубине отверстия. Сферический щуп заводился  в отверстие на определённую глубину, далее смещался в направлении перпендикулярно  оси  отверстия до касания с усилием 0,01 Н со стенками в четырёх точках. По результатам касания  пьезодатчик формирует импульс измерения и далее машина по четырём точкам  строит форму отверстия в сечении измерения и определяет  диаметр отверстия. Точность  измерения диаметра отверстия составляет 0,001мм с погрешностью 0,5 мкм. В конструкции машины реализована целая гамма технических решений, позволяющих снизить погрешность измерения до минимума. В частности, применяется двойное считывание сигнала о касании щупом поверхности. Первый сигнал приходит от чрезвычайно чувствительного датчика касания, который реагирует на малейшие изменения усилия на щуп. При этом приводы перемещающие щуповую головку не выключаются. Второй подтверждающий сигнал приходит от датчика наклона щуповой головки. Машина анализирует разницу во времени поступления сигнала. Это позволяет минимизировать погрешность измерения в том случае, если на поверхности отверстия присутствует масляная плёнка.

Результаты замеров диаметра отверстий статистически обрабатывались с использованием программного пакета EXCEL. Хотя EXCEL по мощности обработки данных статистики уступает специализированным статистическим программным пакетам обработки данных, тем не менее для начальных экспериментальных статистических исследований  он включает достаточный  объём статистических процедур. Он содержит средства описания статистики, критерии различия, корреляционные и другие методы анализа, что позволяет обработать данные и сформулировать обоснованные статистические выводы.

Для анализа полученных данных использовалось статистическое определение вероятности. Для построения выборочных функций распределения весь диапазон измерений разбивался на ряд интервалов одинаковой ширины. Для уменьшения погрешности статистических выводов отсеивались значения, являющиеся случайными экстремумами. Затем определялось число значений  оставшихся диаметров, попавших в каждый интервал.  Далее определялись абсолютные и относительные частоты случайных величин в выборке. На следующем этапе статистического анализа оценивался закон распределения случайных величин и определялись его статистические характеристики. В качестве  априорно выбранного закона распределения был принят закон нормального распределения (закон Гаусса).  Нормальное распределение в машиностроении получило довольно широкое распространение для приближённого описания многих случайных явлений, в которых на результат воздействуют большое количество независимых случайных факторов,  и среди которых нет сильно выделяющихся. Статистическими  характеристиками закона распределения случайных величин являются среднее значение случайной величины, дисперсия выборки и среднее квадратическое отклонение.  Полученные статистические данные по исследованию точности диаметра отверстий, обработанных глубоким сверлением и последующим дорнованием  с разной величиной натяга, приводятся в таблице 1 и таблице 2.  

 

Таблица 1 -  Статистические параметры  обработки отверстий глубоким сверлением (исходные отверстия)

Параметры	При сверлении сверлом диаметром dсв, мм
	Ø3,40	Ø3,45	Ø3,50
Минимальный диаметр Dmin	3,488	3,451	3,541
Максимальный диаметр Dmax	3,532	3,585	3,634
Средний диаметр Dср,	3,510	3,542	3,580
Дисперсия выборки ξ	0,0015	0,0062	0,0050
Среднее квадратическое отклонение  σ	0,0123	0,025	0,0218

 

Таблица 2 – Статистические параметры обработки отверстий дорнованием с различными натягами (финишная обработка)

Параметры	При дорновании с натягом Nд, мм
	0,20	0,15	0,10
Минимальный диаметр Dmin	3,558	3,568	3,578
Максимальный диаметр Dmax	3,576	3,597	3,603
Средний диаметр Dср,	5,560	3,584	3,590
Дисперсия выборки ξ	0,00009	0,00036	0,00042
Среднее квадратическое отклонение  σ	0,0078	0,0173	0,0145

 

Проведённые исследования точности обработки глубоких отверстий малого диаметра в деталях с неравномерной толщиной стенки показывают, что дорнование за один проход инструмента позволяет в несколько раз повысить точность размера  отверстий, подготовленных сверлением, и исключить  ряд промежуточных операций, например, развёртывания или электрохимической обработки, уменьшить объёмы стружки, улучшить экологические технологии.

 

Литература

1.    Проскуряков Ю.Г., Романов В.Н., Исаев А.Н. Объёмное дорнование отверстий. –М.: Машиностроение, 1984. -223 с.

2.    Розенберг А.М., Розенберг О.А. Механика пластического деформирования в процессах резания и деформирующего протягивания. –Киев: Наукова думка, 1990. -320 с.

3.    Скворцов В.Ф., Арляпов Ф.Ю. Дорнование глубоких отверстий малого диаметра. –Томск: Изд-во ТПУ, 2005. -92 с.

4.    Холмогорцев Ю.П. Оптимизация процессов обработки отверстий. – М.: Машиностроение,  -1984. -184 с.