Помощь студентам в учебе
Повышение эффективности процесса термического сверления тонколистовых заготовок комбинированным инструментом
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1 Методы повышения длины свинчивания в тонколистовых
заготовках 8
1.1.1. Гибка листа 11
1.1.2. Приваривание втулки 12
1.1.3. Получение отверстия и отбортовки 13
1.1.4. Получение отбортовки с предварительной пробивкой отверстия
14
1.1.5. Холодная объёмная штамповка в закрытых штампах 15
1.2. Формообразование отверстий и отбортовок в тонколистовых заготовках термическим сверлением 16
Выводы 23
1.3 Цель и задачи ВКР 24
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ И ОТБОРТОВОК ТЕРМИЧЕСКИМ СВЕРЛЕНИЕМ КОМБИНИРОВАННЫМ ИНСТРУМЕНТОМ 25
2.1 Проектирование и изготовление инструмента, используемое
оборудование, технологическая оснастка 25
2.2 Проведение эксперимента и измерение геометрических параметров
получаемых отверстий 39
2.3 Обработка полученных результатов экспериментов 50
2.4 Сравнение осевой силы при обработке одноступенчатым и
двухступенчатым инструментом 51
Выводы 57
3 Математическое моделирование в процессе термического сверления.. 58
3.1 Дисперсионный анализ 58
3.1.1 Описательная статистика 59
3.1.2 Числовые характеристики выборки 60
3.1.3 Оценка резко выделяющихся значений 63
3.1.4 Гистограмма и полигон частот 66
3.1.5 Проверка гипотезы о нормальном распределении 67
3.1.6 Доверительный интервал для математического ожидания 71
3.1.7 Оценка точности измерений (относительная погрешность) 71
3.2 Корреляционно-регрессионный анализ 72
3.2.1 Оценка уравнения регрессии 73
3.2.2 Проверка математической модели на адекватность 75
3.3 Моделирование напряженно-деформированного состояния в
программном комплексе ANSYS 80
3.3.1 Подготовка к анализу напряженно-деформированного состояния
в программном комплексе ANSYS 80
3.3.2 Допущения, принимаемые в расчетах 80
3.3.3 Эскиз рассчитываемой детали, определение мест и характера
приложения нагрузок и закреплений 80
3.3.4 Описание команд программы расчета напряженно -
деформированного состояния 81
3.3.5 Основные этапы моделирования в ПО ANSYS 83
3.3.6 Результаты расчета искомых величин 86
Выводы 89
4 Оценка качества и назначение рациональных режимов обработки 90
4.1 Исследование микроструктуры поверхности 90
4.2 Исследование микротвердости поверхности 97
4.3 Исследование шероховатости поверхности
101
4.4 Оценка точности диаметров отверстий, сформированных
термическим сверлением в листовых заготовках 107
4.5 Назначение рациональных режимов обработки
114
Выводы 116
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 117
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 119
Публикации 122
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 8
1.1 Методы повышения длины свинчивания в тонколистовых
заготовках 8
1.1.1. Гибка листа 11
1.1.2. Приваривание втулки 12
1.1.3. Получение отверстия и отбортовки 13
1.1.4. Получение отбортовки с предварительной пробивкой отверстия
14
1.1.5. Холодная объёмная штамповка в закрытых штампах 15
1.2. Формообразование отверстий и отбортовок в тонколистовых заготовках термическим сверлением 16
Выводы 23
1.3 Цель и задачи ВКР 24
2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ И ОТБОРТОВОК ТЕРМИЧЕСКИМ СВЕРЛЕНИЕМ КОМБИНИРОВАННЫМ ИНСТРУМЕНТОМ 25
2.1 Проектирование и изготовление инструмента, используемое
оборудование, технологическая оснастка 25
2.2 Проведение эксперимента и измерение геометрических параметров
получаемых отверстий 39
2.3 Обработка полученных результатов экспериментов 50
2.4 Сравнение осевой силы при обработке одноступенчатым и
двухступенчатым инструментом 51
Выводы 57
3 Математическое моделирование в процессе термического сверления.. 58
3.1 Дисперсионный анализ 58
3.1.1 Описательная статистика 59
3.1.2 Числовые характеристики выборки 60
3.1.3 Оценка резко выделяющихся значений 63
3.1.4 Гистограмма и полигон частот 66
3.1.5 Проверка гипотезы о нормальном распределении 67
3.1.6 Доверительный интервал для математического ожидания 71
3.1.7 Оценка точности измерений (относительная погрешность) 71
3.2 Корреляционно-регрессионный анализ 72
3.2.1 Оценка уравнения регрессии 73
3.2.2 Проверка математической модели на адекватность 75
3.3 Моделирование напряженно-деформированного состояния в
программном комплексе ANSYS 80
3.3.1 Подготовка к анализу напряженно-деформированного состояния
в программном комплексе ANSYS 80
3.3.2 Допущения, принимаемые в расчетах 80
3.3.3 Эскиз рассчитываемой детали, определение мест и характера
приложения нагрузок и закреплений 80
3.3.4 Описание команд программы расчета напряженно -
деформированного состояния 81
3.3.5 Основные этапы моделирования в ПО ANSYS 83
3.3.6 Результаты расчета искомых величин 86
Выводы 89
4 Оценка качества и назначение рациональных режимов обработки 90
4.1 Исследование микроструктуры поверхности 90
4.2 Исследование микротвердости поверхности 97
4.3 Исследование шероховатости поверхности
101
4.4 Оценка точности диаметров отверстий, сформированных
термическим сверлением в листовых заготовках 107
4.5 Назначение рациональных режимов обработки
114
Выводы 116
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 117
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 119
Публикации 122
В машиностроении широко применяются тонколистовые изделия (кузовные детали, крышки, различные ёмкости, задвижки и др.), предусматривающие резьбовое крепление к ним различных деталей. Создание резьбовых отверстий в таких изделиях имеет ряд сложностей. Как правило, толщины листа недостаточно для формообразования минимально необходимого количества витков резьбы, обеспечивающих надежность соединения.
Традиционная технология сверления не позволяет получить качественные отверстия под резьбу в тонколистовых заготовках из-за невозможного формирования достаточного количества витков резьбы. Для увеличения длины свинчивания применяют различные методы: гибка листа, приваривание втулок или гаек, штамповка в закрытых и открытых штампах и т.д. Данные способы недостаточно технологичны. Эту проблему можно решить, используя метод термического сверления отверстий.
Термическое сверление - это процесс формообразования отверстий под резьбу пластическим деформированием в листовых заготовках с температурным воздействием от сил трения инструмента на заготовку. В процессе термического сверления вокруг формируемого сквозного отверстия на заготовке с обеих сторон образуются отбортовки, тем самым возможно увеличить длину свинчивания.
При использовании метода термического сверления получаемые отверстия имеют меньшую шероховатость по сравнению с традиционным способом сверления. Долговечность инструмента и оснастки, отсутствие стружки, простота и универсальность процесса термического сверления позволяют эффективно применять данную технологию как при массовом производстве на автоматизированном оборудовании, а также при опытных единичных испытаниях. Но у данного метода также существует ряд определенных недостатков, например, деформация заготовки из-за действия на нее осевой
силы. Из-за этого производители инструментов не гарантируют оптимальной производительности и занижают режимы формообразования.
В данной выпускной квалификационной работе выдвинута гипотеза, что комбинированный инструмент, изготовленный на основе принципа равенства площадей сечений позволит снизить осевую силу в два раза. Комбинированным, называют инструмент, который предназначен для обработки нескольких поверхностей; в нем соединяются два или несколько инструментов одного или различных видов. Преимущества комбинированного инструмента заключаются в увеличении производительности, удешевлении операций (за счет применения более простых станков). Применение комбинированного инструмента уменьшает отклонение от соосности и повышает точность размеров.
Можно привести работы В.В. Усачева, О.В. Золотова по термическому сверлению тонколистовых заготовок. Но обозначенные проблемы ни этими авторами, ни другими практически не затрагивались.
В связи с этим актуальным является совершенствование технологии термического сверления тонколистовых заготовок за счет проектирования комбинированного инструмента на основе принципа равенства площадей сечений и подбор эффективных режимов резания.
Разрабатываемую тему ВКР можно характеризовать следующим образом:
Направленность ВКР согласно ФГОС 15.04.05: научно
исследовательская, так как в данной работе были проведены исследования микроструктуры, микротвердости, шероховатости поверхности.
Направление ВКР в системе знаний: формообразование отверстий пластическим деформированием.
Объект исследований: термическое сверление комбинированным инструментом.
Предмет исследований: параметры отбортовок отверстий в
тонколистовых заготовках, образуемые комбинированным инструментом.
Традиционная технология сверления не позволяет получить качественные отверстия под резьбу в тонколистовых заготовках из-за невозможного формирования достаточного количества витков резьбы. Для увеличения длины свинчивания применяют различные методы: гибка листа, приваривание втулок или гаек, штамповка в закрытых и открытых штампах и т.д. Данные способы недостаточно технологичны. Эту проблему можно решить, используя метод термического сверления отверстий.
Термическое сверление - это процесс формообразования отверстий под резьбу пластическим деформированием в листовых заготовках с температурным воздействием от сил трения инструмента на заготовку. В процессе термического сверления вокруг формируемого сквозного отверстия на заготовке с обеих сторон образуются отбортовки, тем самым возможно увеличить длину свинчивания.
При использовании метода термического сверления получаемые отверстия имеют меньшую шероховатость по сравнению с традиционным способом сверления. Долговечность инструмента и оснастки, отсутствие стружки, простота и универсальность процесса термического сверления позволяют эффективно применять данную технологию как при массовом производстве на автоматизированном оборудовании, а также при опытных единичных испытаниях. Но у данного метода также существует ряд определенных недостатков, например, деформация заготовки из-за действия на нее осевой
силы. Из-за этого производители инструментов не гарантируют оптимальной производительности и занижают режимы формообразования.
В данной выпускной квалификационной работе выдвинута гипотеза, что комбинированный инструмент, изготовленный на основе принципа равенства площадей сечений позволит снизить осевую силу в два раза. Комбинированным, называют инструмент, который предназначен для обработки нескольких поверхностей; в нем соединяются два или несколько инструментов одного или различных видов. Преимущества комбинированного инструмента заключаются в увеличении производительности, удешевлении операций (за счет применения более простых станков). Применение комбинированного инструмента уменьшает отклонение от соосности и повышает точность размеров.
Можно привести работы В.В. Усачева, О.В. Золотова по термическому сверлению тонколистовых заготовок. Но обозначенные проблемы ни этими авторами, ни другими практически не затрагивались.
В связи с этим актуальным является совершенствование технологии термического сверления тонколистовых заготовок за счет проектирования комбинированного инструмента на основе принципа равенства площадей сечений и подбор эффективных режимов резания.
Разрабатываемую тему ВКР можно характеризовать следующим образом:
Направленность ВКР согласно ФГОС 15.04.05: научно
исследовательская, так как в данной работе были проведены исследования микроструктуры, микротвердости, шероховатости поверхности.
Направление ВКР в системе знаний: формообразование отверстий пластическим деформированием.
Объект исследований: термическое сверление комбинированным инструментом.
Предмет исследований: параметры отбортовок отверстий в
тонколистовых заготовках, образуемые комбинированным инструментом.
В выпускной квалификационной работе решены все поставленные задачи: проанализированы существующие методы формообразования отбортовок в тонколистовых заготовках, их достоинства и недостатки, для исследования обоснован и выбран метод термического сверления. Спроектирован и изготовлен комбинированный инструмент на основе принципа равных площадей сечений, проведено сравнение максимальной осевой силы комбинированного инструмента и одноступенчатого. В процессе формообразования отверстий получены значения геометрических параметров отбортовок при различных режимах резания, толщинах заготовок, углах заточки инструмента. Оценено влияние подачи на высоту нижней отбортовки. Исследована микроструктура металла по длине обработанного отверстия, оценена точность сформированных отверстий вращающимся пуансоном в листовых заготовках. Даны рекомендации по выбору необходимых режимов резания на основе ограничения по осевой силе.
По результатам работы сформированы общие выводы:
1) Для увеличения длины свинчивания используются различные технологии (гибка листов, приварка втулок, предварительная пробивка отверстий и другие методы), однако существующие способы не обладают достаточной технологичностью. В тонколистовых заготовках целесообразно применять метод термического сверления, который обеспечивает безотходность материала и исключает применение дополнительных элементов для увеличения длины свинчивания.
2) Спроектированный и изготовленный комбинированный инструмент (патент №) обеспечивает снижение максимальной фиксируемой осевой силы в 2 раза по сравнению с одноступенчатым, что позволяет увеличить подачу.
3) На основе кореляционно-регрессионного анализа разработана математическая модель зависимости высоты нижней отбортовки от толщины листа и осевой подачи инструмента. Математическая модель
адекватна с вероятностью 95%. Анализ модели показал пути увеличения длины свинчивания за счет увеличения толщины листа и уменьшения подачи.
4) На основе микроструктурного анализа определено, что по длине обработанного отверстия равномерно наблюдаются дефекты в форме вырыва металла. В формируемой поверхности отверстия происходит упрочнение металла на глубину 35 мкм, микротвердость составляет 66 HRV . Формируемые отверстия диаметром 4,2 мм соответствуют 12 квалитету точности по ГОСТ 25346-2013 и имеют шероховатость Ra=1,36 мкм.
5) На основании экспериментальных данных построен график рациональных режимов обработки для тонколистовых заготовок комбинированным инструментом
По результатам работы сформированы общие выводы:
1) Для увеличения длины свинчивания используются различные технологии (гибка листов, приварка втулок, предварительная пробивка отверстий и другие методы), однако существующие способы не обладают достаточной технологичностью. В тонколистовых заготовках целесообразно применять метод термического сверления, который обеспечивает безотходность материала и исключает применение дополнительных элементов для увеличения длины свинчивания.
2) Спроектированный и изготовленный комбинированный инструмент (патент №) обеспечивает снижение максимальной фиксируемой осевой силы в 2 раза по сравнению с одноступенчатым, что позволяет увеличить подачу.
3) На основе кореляционно-регрессионного анализа разработана математическая модель зависимости высоты нижней отбортовки от толщины листа и осевой подачи инструмента. Математическая модель
адекватна с вероятностью 95%. Анализ модели показал пути увеличения длины свинчивания за счет увеличения толщины листа и уменьшения подачи.
4) На основе микроструктурного анализа определено, что по длине обработанного отверстия равномерно наблюдаются дефекты в форме вырыва металла. В формируемой поверхности отверстия происходит упрочнение металла на глубину 35 мкм, микротвердость составляет 66 HRV . Формируемые отверстия диаметром 4,2 мм соответствуют 12 квалитету точности по ГОСТ 25346-2013 и имеют шероховатость Ra=1,36 мкм.
5) На основании экспериментальных данных построен график рациональных режимов обработки для тонколистовых заготовок комбинированным инструментом
