Введение

ВВЕДЕНИЕ

Для обеспечения высокого качества обрабатываемых дета­лей на финишных операциях в качестве отделочно-упрочняющей обработки на практике часто применяют различные методы, с помощью которых обеспечивают как высокую чистоту поверхностей (абразивные методы обработки – шлифование, полирование, доводка и т. д.), так и их упрочнение (термические и химико-термические методы упрочнения). Эти операции энергоёмки, свя­заны с дополнительными затратами, неблагоприятны в экологическом отношении. При этом, например, в процессе термического и химико-термического упрочне­ния происходит деформация, приводящая к изменению формы и раз­меров деталей. Это приводит к значительным погрешностям разме­ров сопрягаемых поверхностей деталей и т. д.

Применение отделочно-упрочняющей обработки, осущест­вляемой методами поверхностного пластического деформирования (ППД), является наиболее эффективным и перспективным. Одним из способов обработки методами ППД является процесс выглаживания. Его применение обеспечивает на финишных операциях механической обработки деталей высокий класс шероховатости и упрочнение по­верхностного слоя.

Процесс выглаживания является одним из наиболее эффективных способов отделочно-упрочняющей обработки ППД. Наиболее широкое распространение получило алмазное выглаживание. В качестве выглаживающего инструмента при реализации процесса применяются природные и синтетические алмазы, а также твердые сплавы, быстрорежущая сталь и минералокерамика. Удачное сочетание физико-механических и химичес­ких свойств алмаза (высокая твёрдость, низкий коэффициент тре­ния по металлу, высокая теплопроводность, малая способность к упругому деформированию, неокисляемость, отсутствие эффекта адгезии при обработке абсолютного большинства металлов и спла­вов) даёт возможность получать поверхности обрабатываемых де­талей высокого качества.

Однако применение процесса алмазного выглаживания ограничено и не может быть распространено на обширную группу миниатюрных деталей в отечественном авиационно-космическом, химическом приборостроении, а также в некоторых отраслях общего машиностроения. Такие детали типа осей, штифтов, втулок и стоек имеют малые диаметральные и длинновые размеры, могут иметь тонкие стенки, галтели малых радиусов и небольшую жесткость. Для реализации процесса алмазного выглаживания используются инструменты, имеющие такую геометрию и размеры рабочих частей, которые не позволяют осуществлять их контакт с поверхностью миниатюрной детали. Например, рабочая часть стандартного наконечника для алмазного выглаживания имеет самый малый радиус 0,5 мм, в то время как миниатюрные детали имеют галтельные переходы не более 0,1 мм. Кроме того, технологические параметры процесса алмазного выглаживания, например, сила выглаживания не соответствуют жесткости миниатюрных деталей. При алмазном выглаживании деталь подвергается со стороны инструмента силовому воздействию, которое недопустимо для миниатюрных деталей. В связи с этим на финишных операциях отделочно-упрочняющей обработки миниатюрных деталей по методу поверхностно-пластического деформирования применяют алмазное микровыглаживание, не имеющего указанных выше ограничений.

Алмазное микровыглаживание наиболее эффективно при отделочно-упрочняющей обработке миниатюрных деталей. Сущность алмазного микровыглаживания заключается в упруго-пластическом деформировании поверхностного слоя миниатюрной детали инструментом (алмазным микровыглаживателем) при взаимном перемещении инструмента и детали относительно друг друга. Способ основан на использовании трения скольжения в результате перемещения инструмента по поверхности обрабатываемой детали. В качестве сверхтвердого материала в микровыглаживающем инструменте применен синтетический алмаз. Исследования показали, что в процессе алмазного микровыглаживания происходит значительное сглаживание шероховатости и упрочнение поверхностного слоя. Процесс легко реализуется на финишных операциях отделочно упрочняющей обработки миниатюрных деталей, не требует высокой квалификации исполнителей и дорогостоящего оборудования. Наконечники для алмазного микровыглаживания имеют малые габариты и небольшие радиусы рабочих частей 0,7 – 0,1 мм. Благодаря этому они могут обрабатывать поверхности малых диаметральных и длинновых размеров, легко вписываются в малые галтельные переходы. Технологические режимы алмазного микровыглаживания таковы, что миниатюрная и маложесткая деталь в процессе обработки испытывает силовое воздействие не превышающее ее жесткость. Применяемые силы микровыглаживания достаточно малы и позволяют производить микровыглаживание не повреждая миниатюрную деталь. Предварительные исследования показали, что алмазные микровыглаживатели в процессе микровыглаживания обеспечивают достаточно высокое качество обрабатываемых поверхностей и повышение производительности обработки. Они подтверждают успешное применение алмазного микровыглаживания на финишных операциях отделочно-упрочняющей обработки миниатюрных деталей. Технология обработки деталей приобретает высокую эффективность при совмещении микровыглаживания с резанием. Миниатюрные детали приборов, подвергнутые алмазному микровыглаживанию впервые приобретают новое качество, на их поверхностях не только сглаживается шероховатость, но и упрочняется поверхностный слой, что положительно влияет на эксплуатационные характеристики изделий. Дальнейшие работы по совершенствованию процесса алмазного микровыглаживания в направлении обеспечения качества и производительности обработки миниатюрных деталей позволяют расширить область его эффективного применения.

Несмотря на внешнюю простоту процесса алмазного микровыглаживания, в некоторых случаях его реализация в производственных условиях ранее вызывала трудности, препятствовавшие успешному и эффективному применению данного способа.

Прежде всего, необходимо отметить случаи появления вибраций, особенно при микровыглаживании поверхностей деталей, предварительно проточенных, при отсутствие данных об оптимальном выборе технологических режимов обработки, обеспечивающих заданное качество поверхности, а также сохранении работоспособности инструментов на заданных режимах.

Решить проблему удалось разработав научно-обоснованные технологические условия стабильного обеспечения заданного качества поверхностного слоя миниатюрных деталей и повышения производительности алмазного микровыглаживания. При этом были решены следующие задачи:

- установлены наследственные факторы, вызывающие колебания технологической системы при алмазном микровыглаживании;

- определена интенсивность изменения напряжений в зоне деформирования при микровыглаживании миниатюрных деталей;

- получена математическая зависимость частоты вынужденных колебаний алмазного микровыглаживателя от соотношения подач при точснии и алмазном микровыглаживании;

- установлены аналитические зависимости критических параметров алмазного микровыглаживания от значений подач при предварительном точении.

Впервые разработан, исследован и применен на практике новый способ отделочно-упрочняющей обработки по методу поверхностного пластического деформирования – алмазное микровыглаживание. Существенно расширена область применения ППД и распространена на новый класс деталей – миниатюрные детали из сталей и цветных сплавов.

Получены новые знания о процессах и закономерностях протекания упруго-пластического деформирования в системах малого объема.

В настоящее время в отечественной промышленности изготовляется значительное количество миниатюрных деталей приборов и механизмов. В связи с этим создание, исследование и внедрение новых высокоэффективных методов обработки миниатюрных деталей приборов и механизмов, таких как алмазное микровыглаживание, технологическое обеспечение повышение качества и эффективности обработки по данному способу на финишных операциях является весьма актуальным.

Результаты проведенных исследований в сфере технологического обеспечения качества и производительности обработки миниатюрных деталей из сталей и цветных сплавов на финишной операции алмазного микровыглаживания расширяют область как теоретических, так и практических знаний о процессах поверхностного пластического деформирования.

Работа, выполненная по данной теме, создает хорошую теоретическую и практическую базу для дальнейшего развития процессов алмазного микровыглаживания. Следует ожидать, что в ближайшем будущем исследования по данной теме будут продолжены и дадут возможность сделать процесс алмазного микровыглаживания адаптивно управляемым, позволят управлять качеством обрабатываемых поверхностей регулированием кривизны рабочего профиля инструмента, а также будут предложены новые методы алмазного микровыглаживания с новыми технологическими возможностями как, например, плосковершинное микровыглаживание.

Практическое применение результатов работы повышает качество и эффективности изготовления деталей приборов и механизмов даёт большую экономию и прибыль как промышленному производству, так и эксплуатирующим выпускаемую продукцию отраслям, а именно: позволяет сократить технологи­ческий цикл обработки, снизить трудовые и материальные затраты на производство, а также увеличить надёжность и долговечность приборов и механизмов, снизить расходы на их ремонт, уменьшить потребность в запасных частях и т. д.

В соответствии с формулировкой темы объектом исследования в данной работе является процесс алмазного микровыглаживания, выступающий в данном случае как общая категория научных изысканий и включающий в себя систему закономерностей, связей и отношений явлений процесса, в пределах которого существует и обозначена исследуемая проблема.

Предметом исследования является технологическое обеспечение заданного качества поверхностного слоя миниатюрных деталей из сталей и цветных сплавов и повышения производительности обработки на финишной операции алмазного микровыглаживания, являющееся частью объекта исследования и ограниченного конкретными логическими границами, в пределах которых также существует и выделена исследуемая проблема.

В данной работе представлены следующие результаты исследований процесса алмазного микровыглаживания:

Научно-обоснованные технологические условия стабильного обеспечения заданного качества поверхностного слоя миниатюрных деталей и повышения производительности алмазного микровыглаживания, в том числе:

- наследственные факторы, вызывающие колебания технологической системы при алмазном микровыглаживании;

- интенсивность изменения напряжений в зоне деформирования при микровыглаживании миниатюрных деталей;

- математическая зависимость частоты вынужденных колебаний алмазного микровыглаживателя от соотношения подач при точснии и алмазном микровыглаживании;

- аналитические зависимости критических параметров алмазного микровыглаживания от значений подач при предварительном точении.

Результаты представленной работы решают не только конкретные научные и производственные задачи, но и способствуют обогащению наших представлений об окружающем мире.