Наукові основи забезпечення параметрів якості робочих поверхонь тіл обертання технологічними методами

Abstract

У дисертаційній роботі отримано нові науково обґрунтовані результати вирішення актуальної для технології машинобудування науково-прикладної проблеми забезпечення параметрів якості робочих поверхонь деталей машин у вигляді тіл обертання з урахуванням комплексного підходу та умов експлуатації шляхом оптимізації структури технологічних процесів за параметрами якості та забезпеченні прогресивних режимів обробки. При цьому параметри якості поверхонь, які забезпечують їх експлуатаційні властивості, запропоновано забезпечувати недорогою операцією ППД із формуванням регулярних мікрорельєфів, що дозволить усунути зі структури ТП вартісні фінішні технологічні операції. Запропоновано метод визначення впливу технологічної спадковості на точність форми поперечних перерізів циліндричних поверхонь отриманих на операціях технологічного процесу, а також метод імовірнісного оцінювання впливу подачі на мікрогеометрію поверхні, сформованої точінням. Встановлено основні закономірності впливу форм та розмірів циліндричних поверхонь на параметр шорсткості. Розроблено нову математичну модель динамічного процесу формування регулярного мікрорельєфу шляхом віброобкочування на внутрішній циліндричній поверхні з урахуванням силових характеристик процесу та кінематику руху деформуючого інструменту. Використовуючи блочний підхід, отримано множину варіантів нових математичних моделей та розроблено класифікацію частково регулярних мікрорельєфів, сформованих на торцевих поверхнях деталей класу «тіла обертання», які враховують їх геометричні характеристики. Розроблено спосіб формування частково регулярного мікрорельєфу на торцевих поверхнях деталей класу «тіла обертання», який забезпечує його однакову відносну площу на різній відстані від центра обертання та запропоновано аналітичні залежності визначення амплітуди канавок V-подібної форми для мікрорельєфів І і ІІ виду. Запропоновано конструкції інструментів для обробки різанням внутрішніх циліндричних поверхонь та формування регулярних мікрорельєфів. Розроблено програмне забезпечення для побудови математичної моделі профілю шорсткості поверхні на основі параметрів профілограми. Матеріали досліджень, методики розрахунків передані для використання машинобудівними підприємствами. A very important mechanical engineering scientific-applied problem of complex assurance of the quality parameters of bodies-of- rotation-type machine parts working surfaces has been solved in the thesis under discussion on the basis of the obtained new scientifically substantiated results taking into account the operating conditions due to the technological processes structure optimization by the quality parameters and the machining progressive modes assurance by means of statistical methods of assessment. Therefore, the physical-mechanical parameters of quality providing the surface performance characteristics have been proposed to achieve by means of SPD (surface plastic deformation) operations with regular microreliefs formation. The analysis of technological methods and facilities providing the high-quality parameters of the surfaces of machine parts of “bodies of rotation” type has been made on the basis of literature sources review. The results of the research have been analysed aimed at formation of high-quality parameters of the machine parts surfaces. Some methods of regular microrelief formation on the surfaces of bodies of rotation of machine parts have been taken into consideration. The procedure of conducting the study of high-quality parameters formation of bodies-of-rotation-type machine parts cylindrical surfaces has been described. For this purpose the technological heredity and the shape accuracy of cylindrical surfaces cross sections of the object of investigation has been taken into consideration. The analysis and optimization of the technological process of internal cylindrical surface formation of a hydraulic cylinder barrel have been made based on the analysis of topography and microrelief formed in different technological operations. The probabilistic-statistical method of feeding impact assessment on the surface roughness formed by turning and the probabilistic-statistical method of flexure impact assessment on the surface roughness formed by turning have been developed. Moreover, the technique of analytical description of the surface contour has been developed which made possible to describe the surface roughness in the form of a mathematical model. The investigation has been carried out and some mathematical model of dynamic process of regular microrelief formation on the machine part internal cylindric surface has been developed. The peculiarity of the study under discussion is that the formation process is taking place under concentrated (point) force conditions whose point of application varies in radial and axial directions relative to the workpiece. The action under study has been proposed to be simulated by means of linear and time variables of Dirac delta functions using both the method of the above mentioned features regularization and the conventional methods of integrating the appropriate nonlinear mathematical models of longitudinal and lateral vibrations of the part as well. The partially regular microreliefs (PRM) formed on the end surfaces of the bodies of rotation have been classified in the form of a multistage system: class – classification criteria – subcriterion – characteristics of these subcriteria structured on the basis of kinematics of the technological process of the partially regular microreliefs (PRM) formation. The following classification criteria have been proposed to be accepted: ways of PRM formation; form of CRM (continuous regular microroughness) center line; relative position of adjacent grooves; relative position of CRM center lines; forms of grooves. Some partially regular microreliefs formed on the end surfaces of bodies of rotation have been simulated by means of block principle where each characteristic feature of the microrelief groove is described by the system of separate mathematical dependencies. The analytical dependencies to find the area of grooves of triangular shape of the partially regular microrelief formed on the end surfaces of bodies of rotation have been obtained. The optimal parameters of the grooves of partially regular microrelief of I and II type formed on the end surfaces of bodies of rotation have been determined. The dependencies and the range of their existence to find the grooves overlapped area of the PRM of III type have been derived. The results of experimental studies of partially regular microrelief formation on the end surfaces of bodies of rotation have been given. In this connection the equipment used, special tools and software to calculate the target points coordinates of the microrelief have been described, the shape and size of the test sample have been substantiated. The process of the test sample surface preparation for the full factorial experiment carrying out, namely the sample division into sectors and areas, has been described. The program and the technique of the experimental research have been developed. The impact of deformation effort, feeding speed and the groove axial pitch on the average value of the groove width of the formed partially regular microrelief formed on the end surface of the body of rotation has been determined on the basis of the results of the full factorial experiment. Some regression dependencies, response surfaces and their two-dimensional cross sections have been obtained which describe the influence of these parameters on the groove width whithin the boundaries of variable factors levels of variation determined by the conducted experiment. The design and calculation procedure of main design parameters of a twin-cutter adaptive boring head have been developed. The design of the tool for regular microrelief formation on internal cylindric surfaces of some long cylindric workpieces by vibration burnishing and the calculation procedure of main design parameters of the tool have been developed.