Full Text

Введение Процесс финишной обработки деталей абразивными щетками, выполняемый с целью скругления острых кромок и удаления заусенцев, весьма популярен при изготовлении габаритных деталей машин простой формы [1-7]. При использовании автоматических щеточных установок машинное время процесса обработки зависит от выбранной скорости перемещения детали относительно вращающихся абразивных щеток [8]. Прочие параметры процесса обработки (частота вращения и осадка щеток) могут быть определены опытным путем для фиксированного значения подачи с учетом конструкции и материала обрабатываемых деталей и конструктивных параметров абразивных щеток [2]. Постановка задачи исследования Технологические и конструктивные особенности большинства габаритных деталей авиационной техники (в частности, детали типа панель), вне зависимости от схемы их базирования, предполагают наличие диапазона положений обрабатываемых кромок по высоте относительно оси вращения щеток. Таким образом, для обрабатываемых кромок, находящихся в различных технологических условиях, т.е. имеющих различную высоту выступов относительно детали, при назначении одних и тех же режимов обработки (рис. 1) невозможно получение одинакового значения радиуса скругления R. Частота вращения щетки Щетка Деталь Осадка Кромка Подача S Рис. 1. Схема процесса обработки конструктивных элементов детали В этом случае задача выбора режимов обработки состоит в определении некоторого допустимого диапазона радиусов кромок [Rmin, Rmax] для различных высот обрабатываемых кромок (Kmin, Kmax) относительно базовой плоскости. Решение может быть получено на основе экспериментальной информации [9-11] для технологически обусловленного диапазона высот обрабатываемых кромок [Kmin, Kmax], допускаемого техническими характеристиками оборудования и используемых абразивных щеток. Диапазон значений режимного параметра х (подачи) (ось абсцисс), которые будут обеспечивать требуемый диапазон радиусов кромок [Rmin, Rmax], может быть определен из экспериментальных зависимостей Kmin = f1(x), Kmax = f2(x) (рис. 2) [12]. Рис. 2. Принцип определения требуемого диапазона допустимых значений режимного параметра (подачи щеток) Построение последних выполняется по узловым точкам, полученным при проведении технологических испытаний щеточной установки. Дальнейшее решение поставленной задачи требует представления полученной экспериментальной информации в аналитическом виде [13]. Учитывая то, что каждая из узловых точек может представлять собой среднее значение многократных измерений радиуса кромки при фиксированном значении подачи х (в том числе и при многократном воспроизведении условий эксперимента), считаем, что проведенные через узловые точки функции воспроизведены в их окрестности (а также всей области значений варьируемого параметра) с достаточной точностью. В производственных условиях для упрощения процедуры сбора исходных данных расчета при установленном опытным путем нелинейном характере зависимостей высот кромок Kmax и Kmin (см. рис. 2) примем наименьший (второй) порядок искомых аналитических функций при минимальном количестве узловых точек для каждой из них, равном трем [14, 15]. Таким образом, каждая из эмпирических функций Kmin = f1(x), Kmax = f2(x) вида r = c + bx + ax2 получена по трем характерным точкам: точки A1(x1, r1), A2(x2, r2), A3(x3, r3) принадлежат функции kmax = f2(x), точки A4(x4, r4), A5(x5, r5), A6(x6, r6) - функции kmin = f1(x). Для определения коэффициентов a, b, c функций Kmax = f1(x), Kmin = f2(x) необходимо решение следующих систем уравнений: для функции Kmax = f2(x): (1) для функции Kmin = f1(x): (2) При дальнейшем программном решении систем уравнений (1) и (2) в структуре блока вычислений использована формула Крамера [14]. На базе систем (1) и (2) получаем следующие выражения: (3) (4) тогда для Kmin = f1(x) (5) (6) соответственно, для Kmax = f2(x) (7) (8) Далее вычисляется интервал варьируемого параметра [xmin, xmax], который удовлетворяет требуемому интервалу значений радиуса кромки [Rmin, Rmax]. В большинстве случаев данный диапазон задан в конструкторской либо нормативной документации на деталь. Границы искомого интервала - проекции точек В и С на ось абсцисс, которые являются пересечением прямых Rmax и Rmin с кривой Kmax = f2(x). Их определяем вычислением наименьших положительных корней следующих уравнений: точка B(xmin, Rmax): (9) точка C(xmax, Rmin): (10) Решение по вычислению интервала [xmin, xmax] является корректным в случае, если удовлетворяется следующее условие: xmin ≤ xmax. (11) Результат вычисления выражений (9) и (10) в виде граничных значений допустимой подачи щеток xmin и xmax выдается пользователю блоком вывода результата. Если условие (11) в результате расчета не удовлетворено, то в соответствующих полях вывода интерфейса пользователя появится сообщение No_result. Важным элементом в работе модуля является возможность как формирования новых, так и выбора пользователем готовых (ранее полученных) функций Kmin = f1(x), Kmax = f2(x) из базы данных. Это позволит, при наличии соответствующих возможностей щеточной установки, вычислять интервал [xmin, xmax] для отличающихся по технологическим признакам участков детали индивидуально (рис. 3). Пользователь, при этом, экономит время при вводе исходных данных расчета. Рис. 3. Окно содержимого файла результатов расчета для различных технологических условий финишной обработки Интерфейс программного модуля представлен на рис. 4. Рис. 4. Интерфейс программного модуля с набором значений параметров расчета Пользователем должны быть введены: минимальная и максимальная высоты обрабатываемых кромок (Kmin, Kmax) относительно базовой плоскости (поля ввода данных 1 и 2), данные узловых точек (поля ввода данных 3 и 4), диапазон значений радиуса обработанной кромки, который необходимо обеспечить (поле ввода 5). После инициализации всех полей ввода исходных данных запуск расчета выполняется нажатием «кнопки» 7. Результат расчета в виде границ диапазона режимного параметра отображается пользователю в поле 6. Введенный набор данных полей 3 и 4 для соответствующих значений полей 1 и 2 может быть сохранен в базе модуля для дальнейшего использования нажатием «кнопки» 8. Если пользователем в поля ввода 1 (и/или 2) вводятся значения, для которых ранее выполнена операция сохранения, то поля 3 (и/или 4) инициализируются программой без участия пользователя (автоматически). Экспериментальная проверка полученных результатов Наполнение базы данных и последующая апробация программного модуля были выполнены путем проведения технологических испытаний с применением щеточной установки Fladder 400/Gyro (рис. 5). В качестве рабочего инструмента использована абразивная щетка диаметром 300 мм из полосок шлифовальной шкурки шириной 10 мм, зернистостью Р80. Экспериментальная проверка выполнялась на образцах из алюминиевого сплава Д16Т габаритными размерами 600´600´50 мм, имитирующих конструктивные элементы авиационных деталей с подкреплениями (рис. 6, а). Диапазон расстояний между смежными подкреплениями (ребрами жесткости) от 35 до 120 мм. Рис. 5. Щеточная установка Fladder 400/Gyro а б Рис. 6. Тестовый образец (а) и расположение точек контроля радиуса обработанных кромок по завершении обработки (б) Испытания при постоянной частоте вращения щеток n = = 300 об/мин были проведены на шести образцах для трех значений подач стола (1 м/мин; 3 м/мин; 6 м/мин). С учетом конструктивных особенностей обрабатываемых образцов (требований к постоянству высоты подкреплений) величины Kmin, Kmax были заданы двумя значениями осадки ворсин щеток (5 и 35 мм). Измерение геометрии кромок до и после завершения обработки выполнялось с использованием оптического профилометра компании BRUKER. Область контроля высоты обрабатываемых кромок для каждого образца была разбита на секторы с буквенными обозначениями (рис. 6, б), в каждом из которых результат получен как среднее значение измерений в нескольких точках. Так, кромки образцов в исходном состоянии характеризовались наличием остаточного заусенца. На рис. 7, а представлено металлографическое изображение заусенца, микропрофиль и типовое объемное изображение области кромки образца до обработки, характеризующееся наличием остаточного заусенца около 0,15 мм. На рис. 7, б аналогично показан типовой результат, достигнутый после обработки. Средние значения результатов измерений радиуса обработанных кромок в пределах соответствующих секторов образца представлены в таблице. а б Рис. 7. Изображение типового участка образца с кромкой в исходном состоянии: а - до обработки на щеточной установке; б - после обработки Экспериментальные данные, полученные в ходе технологических испытаний на тестовых образцах Осадка ворсин щеток относительно кромок образца, мм Величина подачи стола, м/мин 1,0 3,0 6,0 Среднее значение радиуса кромки по точкам контроля, мм A B C D E F G A B C D E F G A B C D E F G 5 0,35 0,31 0,34 0,39 0,32 0,37 0,36 0,15 0,12 0,13 0,14 0,16 0,18 0,16 0,05 0,07 0,04 0,05 0,07 0,08 0,08 35 0,68 0,71 0,69 0,72 0,67 0,73 0,74 0,47 0,49 0,39 0,49 0,50 0,47 0,43 0,18 0,17 0,18 0,16 0,18 0,19 0,17 Таким образом, были получены данные для определения коэффициентов функций Kmin = f1(x), Kmax = f2(x). Для принятого диапазона допустимых значений радиуса кромок (от 0,1 до 0,4 мм) с помощью разработанного программного модуля получен расчетный диапазон подач щеточной обработки: от 3,46 до 3,72 м/мин. Обработка реальной детали типа «лонжерон» (рис. 8), геометрия подкреплений которой характеризуется аналогичным разбросом положений кромок по высоте относительно базовой плоскости (30 мм), выполнена при подаче стола 3,7 м/мин (верхняя граница расчетного диапазона). Рис. 8. Процесс финишной обработки детали «лонжерон» с диапазоном высот обрабатываемых кромок относительно базовой плоскости 30 мм Контроль радиуса кромок после обработки показал, что выбранная подача с применением разработанного программного модуля позволяет обеспечить диапазон значений от 0,1 до 0,3 мм (рис. 9), что удовлетворяет требованиям конструкторской документации. а б в Рис. 9. Кромки участков детали «лонжерон» по завершении обработки (а, б) и контроль радиуса полученной кромки на детали шаблоном (в) Заключение Тестовое использование программного модуля при назначении режимов щеточной обработки деталей из алюминиевых сплавов самолета МС-21 в условиях Иркутского авиационного завода позволило снизить долю трудоемкости ручной доводки после щеточной обработки на 16 %, оптимизировать процесс загрузки щеточной установки с учетом обрабатываемой номенклатуры деталей.

About the authors

A. P Chapyshev

Irkutsk National Research Polytechnic University

Email: chapsh@mail.ru

D. A Starodubtseva

Irkutsk National Research Polytechnic University

Email: Starodybseva91@mail.ru

References

Statistics

Views

Abstract - 48

PDF (Russian) - 28

Refbacks

• There are currently no refbacks.