«Исследование процесса удаления заусенца при вибрационной обработке в среде свободных абразивов»

Землянушнова Надежда Юрьевна

«Исследование процесса удаления заусенца при вибрационной обработке в среде свободных абразивов»

В данной ВКР были проанализированы параметры, влияющие на качество поверхности обработки при вибрационной обработке в среде свободных абразивов. Смоделирован процесс удаления заусенца, сформированного в результате механической обработки. Разработана методика исследований. Были получены результаты исследований. Произведён расчёт технико-экономических показателей.

Машиностроение

Дипломы

Вуз: Северо-Кавказский федеральный университет (ФГАОУ ВПО СКФУ)

ID: 5f2a4ef8cd3d3e0001b38d3c

UUID: 4303fb20-b911-0138-1120-0242ac180006

Язык: Русский

Опубликовано: почти 4 года назад

Просмотры: 27

42.3

Землянушнова Надежда Юрьевна

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 3,2 МБ

Поделиться работой

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Институт инженерный Кафедра «Технология машиностроения и технологическое оборудование» Направление 15.03.05 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств Направленность (профиль) Технология машиностроения «УТВЕРЖДАЮ» Зав. кафедрой __________ Н.Ю. Землянушнова подпись, инициалы, фамилия «23» апреля 2020г ЗАДАНИЕ НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ (ДИПЛОМНЫЙ ПРОЕКТ) Студент Козинов Александр Юрьевич группа КТМ-б-о-16-1 фамилия, имя, отчество «Исследование процесса удаления заусенца при вибрационной обработке в среде свободных абразивов» 1.Тема Утверждена распоряжением по институту от "22" апреля 2020 г. № 83-р/14 -03 2.Срок представления работы к защите " 24 " июня 2020г. 3.Исходные данные для проектирования:_ Постановка задачи исследования___ Материалы преддипломной практики. ____________ 4. Содержание пояснительной записки: Аннотация. Содержание. Введение 4.1. Анализ и обобщение исходной информации. Цель и задачи исследования. 4.2. Исследование формы сечения заусенца на продолжительность его удаления при ВиО 4.3 Методика исследований. 4.4. Результаты исследования. 4.5 еТхнико-экономическая эффективность внедрения ВиО при отделочно- зачистной обработке деталей РЭА Заключение. Список использованных источников. Приложения 5 Перечень графического материала Особенности деталей приборов радиоэлектронной аппаратуры – 0,5 л.фА1; Заусенцы, как научная и производственная проблема –0,5л. фА1; Виды и классификация рабочих сред, применяемых при ВиО –1 л. фА1; Математическая модель –1 л. фА1; Оборудование, приборы и рабочие среды для экспериментальных исследований –0,5л. фА1 Влияние технологических факторов на время–0,5л. фА1; Экономические показатели, выводы–1 л. фА1; Дата выдачи задания__23 апреля 2020 г. Руководитель работы ___________________________________ Гончаров В.М. подпись Консультанты по: разделу безопасности и экологичности инициалы, фамилия __________________ Гончаров В.М. подпись инициалы, фамилия разделу организационно-экономическому___________________ Гончаров В.М. подпись Задание к исполнению принял инициалы, фамилия " 23" апреля 2020 г._ Козинов А.Ю. подпись

Аннотация Выпускная квалификационная работа (ВКР) на тему «Исследование процесса удаления заусенца при вибрационной обработке в среде свободных абразивов» выполнена в следующем объёме: - пояснительная записка на 58 страницах, содержит 21 рисунок и 15 таблиц; - графическая часть на 7 листах формата А1. В данной ВКР были проанализированы параметры, влияющие на качество поверхности обработки при ВиО. Смоделирован процесс удаления заусенца, сформированного в результате механической обработки. Разработана методика исследований. Были получены результаты исследований. Произведён расчёт технико-экономических показателей. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-20 Изм Лист № докум. Разраб. Козинов Пров. Гончаров Подп. Дата Лит. Записка пояснительная Н.контр. Утв. Колганова Землянушно ва Лист Листов 3 СКФУ гр. КТМ-б-о-16-1

Оглавление Введение ............................................................................................................... 5 1 Анализ и обобщение исходной информации. Цель и задачи исследования. 6 1.1 Основные параметры, влияющие на качество поверхности при обработке заготовок. ................................................................................................. 6 1.2 Механизмы образования заусенцев, сформированных в результате механической обработки ........................................................................................... 6 1.3 Анализ исследований в области удаления заусенцев свободным абразивом………… .................................................................................................... 9 1.4 Классификация гранул обрабатывающей среды................................. 13 1.5 Цели и задачи исследования ................................................................ 15 2 Исследование формы сечения заусенца на продолжительность его удаления при ВиО .................................................................................................... 16 2.1 Разработка обобщённой модели заусенца, образовавшегося при механической обработке .......................................................................................... 16 2.2 Особенности контактного взаимодействия гранулы с обрабатываемой поверхностью ............................................................................... 18 2.3 Теоретическая модель съёма заусенца при ВиО ................................. 23 3 Методика исследований ................................................................................. 31 3.1 Технологическое оборудование ........................................................... 31 3.2 Приборы и приспособления для экспериментальных исследований 32 3.3 Выбор материалов для образцов .......................................................... 34 3.4 Методика для исследования макро геометрии поверхности деталей 37 3.5 Методика исследований влияния режимов виброобработки на производительность и качество процесса ............................................................... 37 4 Результаты исследования ............................................................................... 39 5 Технико-экономическая эффективность внедрения ВиО при отделочнозачистной обработке деталей РЭА .......................................................................... 45 Заключение ......................................................................................................... 58 Список использованной литературы ................................................................. 59 ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 4

Введение На сегодняшний день возросла потребность в высокоточной и высокопроизводительной обработке деталей. Наиболее актуальным этот вопрос остаётся в приборостроительной отрасли, где выпускаются сотни тысяч штук деталей в год. Наиболее важным при изготовлении радиоэлектронного оборудования являются затраты на их отделочно-зачистную обработку. Целью данной выпускной квалификационной работы является повышение эффективности ВиО на основе уточнения математической модели, определения продолжительности удаления заусенца гранулированными средами, а так же разработкой методики проведения исследования. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 5

1 Анализ и обобщение исходной информации. Цель и задачи исследования. 1.1 Основные параметры, влияющие на качество поверхности при обработке заготовок. Точность и качество – одни из ключевых факторов в изготовлении изделий. Вследствие этого возросло внимание к проблеме появления заусенцев. Заусенец – это излишек материала, выступающий на кромках и углах поверхности в виде рваного края. Заусенец является пластически деформируемым материалом, который образовался в результате обработки резанием или вырубкой.Данный дефект является нежелательным следствием технологического процесса и негативно влияет на всех этапах, включая базирование. Заусенцы препятствуют в контроле размеров, в сборке, могут быть причиной повреждения сопрягаемых поверхностей. Не стоит забывать о том, что наличие заусенцев может привести к травматизму. Из-за обломанных заусенцев, например, может произойти короткое замыкание. Вследствие этого в технологический процесс добавляют операцию по удалению заусенцев. Так как это добавочная операция, соответственно, возрастают затраты на реализацию и могут составлять до 30% от стоимости изготовления детали в зависимости от сложности. Поэтому зачастую на многих предприятиях заусенцы удаляют вручную, что приводит к большому времени на выполнение зачистки изделия. 1.2 Механизмы образования заусенцев, сформированных в результате механической обработки Заусенец – это пластически деформируемый материал, образованный на кромке детали в результате обработки резанием или вырубкой. Заусенцем является весь материал, который находится за пределами теоретического пересечения двух поверхностей, образующих кромку детали. Основные параметры заусенцев: ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 6

1. размеры (высота, длина, толщина); 2. твёрдость; 3. местонахождение; 4. конфигурация в продольном направлении; 5. форма поперечного сечения. Заусенцы, образованные при вырубке имеют форму напоминающую треугольник. У таких заусенцев нет слабых мест они достаточно крепки. Основные параметры заусенца (рисунок 1.2.1) Рисунок 1.2.1 –Основные параметры заусенца Заусенец делят на основание (корень) и вершину. Толщина заусенца t3 является толщиной корня, которая прилегает к необработанной поверхности. Высотой заусенца h3 называют размер, определяемый от теоретической линии кромки до наиболее удалённой вершины заусенца. Радиус заусенца r3 определяется в его поперечном сечении у основания заусенца со стороны необрабатываемой поверхности. Длинной заусенца L3 называется размер, который определяет протяжённость заусенца вдоль кромки вырубленного изделия. Основным методом формообразования деталей многих деталей является обработка резанием [3]. Вследствие чего процессы резания сопровождаются образованием дефектов, то есть заусенцев на кромках и поверхностях. Даже не смотря на современные технологии обработки избежать этого невозможно, поскольку они являются результатом механики сплошных сред. Заусенец – это излишек материала, выступающий на кромках и углах ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 7

поверхности в виде рваного края. Заусенец является пластически деформируемым материалом, который образовался в результате обработки резанием или вырубкой. Заусенцем является весь металл, который выступает за теоретическое пересечение двух поверхностей, которые прилегают к заусенцу. Заусенец бывает рваным, острым, прочно закрепленным или свободно висящим выступом. Результаты исследований показали, что заусенцы образуются в результате пластической деформации впереди зоны резания обычно в двух направлениях одновременно – в направлении главного движения и в направлении подачи [7]. Формирование заусенцев (Рисунок 1.2.2) является сложным процессом, при этом тип заусенцев зависит от вида обработки, инструмента, режимов резания, материала заготовки, геометрии инструмента. Рисунок 1.2.2– Виды заусенцев При штамповке заусенцы имеют пило-образную форму, при фрезеровании напоминают спиральный клубок, а при сверлении имеют форму отогнутых пластин (Рисунок 1.2.3). При точении и шлифовании они располагаются по краю детали напоминающие пилообразную гребенку. При обработке мягкого материала заусенцы имеют длинный, но тонкий вид. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 8

Рисунок 1.2.3 – Схема образования заусенца при механической обработки 1.3 Анализ исследований в области удаления заусенцев свободным абразивом Для использования отделочно-зачистных операций был разработан большой спектр методов, использующих абразивные материалы и среды, гибкие металлические инструменты, методы поверхностного пластического деформирования, химические и электро-химические методы, ультразвуковую обработку и др. Распространенными методами абразивной финишной обрботки в гранулированных средах являются: вибрационная обработка (ВиО), струйноабразивная, центробежно-ротационная обработка (ЦРО) и другие [2]. Принцип объемной обработки состоит в деформации поверхностного слоя материала детали при ее движении относительно гранулированных тел рабочей среды. Существует множество станков для данной обработки, которые успешно используют в производстве. При виброшпиндельной обработке (Рисунок 1.3.1) в рабочую зону помещается шпиндель, который сообщает дополнительное вращение рабочей среде, в результате повышается производительность процесса. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 9

Рисунок 1.3.1 – Схема станка для виброшпиндельной обработки Вибромагнитная обработка заключается в том, что рабочая зона помещается в магнитное поле, создаваемое электромагнитами (Error! Reference source not found.) Обрабатываемые детали состоят из ферромагнитных материалов. Наложение магнитного поля повышает производительность процесса за счёт торможения деталей, передачи дополнительных колебаний деталям, термоэлектрического эффекта. Рисунок 1.3.2 – Схема станка магнитоабразивной обработки Обработка в псевдокипящем абразивном слое состоит в том, что абразивная среда приводится во взвешенное состояние, детали же могут находиться свободно или закрепляются. При центробежно-ротационной обработке источником вращения является ротор (Рисунок 1.3.3) ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 10

Рисунок 1.3.3 – Схема центробежно-ротационной установки При струйной обработке (Рисунок 1.3.4) абразивные частицы с воздухом или жидкостью в виде струи, с большой скоростью сталкивается с обрабатываемой поверхностью.Струя создается механическими, пневматическими или гидравлическими средствами. Рисунок 1.3.4 – Схема струйной обработки ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 11

Обработка в слое свободного абразива. Рабочая среда может быть в свободном или уплотненном состоянии. В магнитно-абразивной обработке (Рисунок 1.3.5) пространство между полюсами магнитного индуктора заполняют абразивным порошком, которое удерживается полем. В рабочее пространство помещают деталь, которой сообщают движения, в результате происходит процесс обработки. Рисунок 1.3.5 – Схема обработки в уплотнённом слое абразива Анализируя данные методы и способы их применения для отделочнозачистной обработки, возникают следующие выводы: 1. Вибрационная обработка применяется в производстве, так как технологическое оборудование имеет низкую себестоимость, легко в использовании и надежно. 2. Применение ВиО в приборостроении, где преобладает массовое и крупносерийное производство, целесообразно, так как позволяет обрабатывать большое количество деталей из-за объёма рабочей камеры. 3. Детали типа РЭА представляют из себя сложные конструкционные формы с отверстиями, пазами, с глухими, глубокими, с резьбой отверстиями, и во время обработки возникают затруднения при их обработки. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 12

1.4 Классификация гранул обрабатывающей среды Важным условием для осуществления процесса обработки детали в гранулированных средах является обрабатывающая среда. Обрабатывающая среда влияет на качество поверхности и производительности процесса. При выборе рабочих сред нужно учитывать требования по качеству, обеспечить оптимальную себестоимость процесса. В состав рабочей среды входят твердые и жидкие наполнители. Твердый наполнитель играет роль режущего инструмента, а также разделяет детали, предотвращая слипание [6]. Жидкий наполнитель, в свою очередь, обеспечивает удаление продуктов износа с поверхности обрабатываемой детали, смачивает детали и наполнители, помогает равномерному распределению внутри камеры и охлаждает рабочую среду и деталь. Также жидкий наполнитель позволяет добавлять химические вещества, с помощью которых происходит увеличение съема металла. Классификация рабочих сред (Рисунок 1.4.1Рисунок 1.4.1) осуществляется по форме, виду материала, происхождению, размерам, способу получения (производства). Рисунок 1.4.1 – Общая классификация гранулированных сред Наиболее распространенными средами являются абразивные среды. Они классифицируются по нескольким признакам: по размерам гранул, по твердости, по материалу абразива, по структуре пористости (Рисунок 1.4.2). ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 13

Рисунок 1.4.2 – Классификация абразивных гранул Комбинированные гранулированные среды могут быть представлены в виде сочетаний абразивных, металлических и неметаллических гранул. Состав определяется опытным путём и часто является индивидуальным для каждого предприятия. Гранулы металлические: стальные шары, твердосплавные шары, стальная и чугунная дробь, рубленная проволока, игольчатые ролики. Гранулы из неметаллических материалов: гранулы из древесины, войлочные, кожаные, косточковые материалы (вишня, абрикос), ореховая скорлупа, гранулы из резины, пластмассы. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 14

Искусственные абразивные материалы имеют наибольшее применение. Их можно разделить на следующие группы: - электрокорундовые материалы, получаемые методом плавления; - материалы карбонитридной группы; - спеченные абразивные материалы. Искусственные абразивные среды отличаются большей стабильностью физико-механическими и технологическими свойствами по сравнению с природными. 1.5 Цели и задачи исследования Вибрационная обработка наиболее актуальна на производстве. Она позволяет добиться высокого качества поверхности деталей, как простых форм, так и сложных при высоком показателе производительности процесса. Немало важный факт, что заусенцы могут загнуться внутрь пазов и отверстий, что негативно влияет на качество. Именно поэтому успешные результаты будут иметь важное научное значение. Данная тема является востребованной, так как она только развивается, но вопрос об обработке деталей с малыми пазами и отверстиями остается главной задачей для производства. Целью данной выпускной квалификационной работы является повышение эффективности ВиО на основе уточнения математической модели определения продолжительности удаления заусенца гранулированными средами. Задачи исследования: 1.Теоретические исследования процессов удаления заусенцев в малых пазах и отверстий деталей. 2. Анализ формы и геометрических размеров заусенцев на типовых представителях деталей приборов РЭА и разработка на этой основе общей модели заусенца 3. Разработка модели процесса удаления заусенцев при ВиО свободным абразивом и экспериментальная проверка ее адекватности. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 15

ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 16

Исследование формы сечения заусенца на продолжительность его 2 удаления при ВиО 2.1 Разработка обобщённой модели заусенца, образовавшегося при механической обработке Формы заусенцев исследовались на микрошлифах. Группы деталей разрезались с помощью электроэрозионной резки. Обработанные кромки и размеры заусенцев металлографического замерялись и на микроскопа микрошлифах MEIJIIM 7200. с Виды помощью заусенцев исследуемых образцов (Рисунок 2.1.1) Рисунок 2.1.1 – Сечение заусенцев у исследуемых образцов Из исследований микрошлифов стало понятно, что поперечное сечение заусенцев обладают треугольной формой. Высота заусенца деталей РЭО превышает значение толщины заусенцев у основания в 2-3 раза и толщина заусенца у основания не выходит за 0,3 мм. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 17

Чтобы обобщить различные виды заусенцев, необходимо исходить из характеристик замеряемых величин заусенца. Заусенец может характеризоваться своим продольным профилем и профилем поперечного сечения. В отношении профиля поперечного сечения важно замерить следующие величины: толщину основания заусенца и высоту заусенца. Для оценки экспериментов, измерения заусенцев проводили для 5-ти образцов. Во время обработки данных использовалось среднеарифметическое значение выходного параметра. Результаты представлены (Таблица 2.1) Характеристики выбранных металлов: - сталь 30, в т.ч. со специальными свойствами 29НК (σs = 450 МПа); - алюминиевый сплав АМг6 (σs = 155 МПа) - медные сплавы: Бронзовый сплав БрОЦ4-3, Латунь ЛС-59 (σs = 300 МПа). Таблица 2.1 – Размеры заусенцев в разных металлах Предел текучести материалообразцаσТ, Основание Высота Соотношение заусенцаL0, мм заусенцаhзаус, высоты мм заусенца к его МПа основаниюh/L 155 300 0,068 0,18 2,64 0,094 0,232 2,47 0,13 0,3 2,31 0,18 0,513 2,85 0,26 0,72 2,77 0,086 0,235 2,73 0,14 0,301 2,15 0,19 0,426 2,24 ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 18

Продолжение таблица 2.1 Предел текучести Основание Высота Соотношение материалообразцаσТ, заусенцаhзаус, высоты мм заусенца к его заусенцаL0, мм МПа онованиюh/L 450 0,22 0,585 2,66 0,28 0,718 2,57 0,073 0,171 2,34 0,081 0,199 2,46 0,15 0,417 2,78 0,21 0,565 2,69 0,25 0,716 2,87 Из таблицы ясно, что значение высоты треугольного заусенца в 2,5-3 раза больше, чем основание (Рисунок 2.1.2). Рисунок 2.1.2 – Обобщенная модель заусенца 2.2 Особенности контактного взаимодействия гранулы с обрабатываемой поверхностью При исследовании обработки деталей свободными абразивами одним из основных вопросов является определение съёма метала с поверхности детали за время обработки. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 19

Целесообразным вариантом расчета представляется метод, заключающийся в определении съёма металла при единичном взаимодействии абразивной частицы с поверхностью детали, с последующим умножением на количество таких взаимодействий за время обработки. Но необходимо учитывать, что не все взаимодействия приводят к удалению металла, часть из них приводит к пластическому и упругому деформированию. В процессе обработки поверхность детали непрерывно подвергается динамическому воздействию абразивных частиц. При этом количество взаимодействий, приходящийся на единицу поверхности детали в единицу времени, носит случайный характер и его невозможно функционально связать с технологическими параметрами процесса. Протекание подобных процессов можно описать методами теории вероятностей, которые разработал Тамаркин М.А. [5]. Общее количество взаимодействий на площади квадрата упаковки, приводящих к микрорезанию, можно определить по формуле(2.1) (2.1.) 𝑛𝑝 = 𝑃1𝑃2 f в t, где P1 - геометрическая вероятность события, заключающегося в том, что любая точка квадрата упаковки покрывается пятном контакта за один цикл воздействия массы абразивных частиц; P2 - вероятность события, заключающегося в том, что взаимодействие абразивной частицы с поверхностью детали приведет к микрорезанию; f в - частота циклов воздействия массы абразивных частиц на поверхность детали; t - время обработки. Большинство взаимодействий абразивных частиц с поверхностью детали происходит под острым углом, следовательно, пятно контакта при единичном взаимодействии представляет эллипс (Рисунок 2.2.1). ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 20

Рисунок 2.2.1 – Геометрическая схема внедрения абразивной частицы в поверхность детали Чтобы определить количество взаимодействий, которые приходятся на единицу площади в единицу времени, нужно провести дальнеёшие допущения условий протекания процесса обработки: 1. Обработка плоской детали ведется шарами схожего диаметра D(D=2R); 2. Набор шаров на обрабатываемой поверхности это набор по квадрату со стороной, которая равняется диаметру шара. 3. Точкой контакта выступают эллипсы с плоскими полуосями a и b ( a > b ). 4. Все соударения частицы с поверхностью детали образуют пятно контакта. 5. Данная единица площади детали вся перекрывается рабочей средой при каждом цикле действия. Обработка осуществляется следующим образом: на квадрат упаковки в случайном порядке образуются эллиптические пятна; большое количество точек квадрата упаковки, которые покрыты одним или большим числом эллипсов, являются неопределённым множеством [2]. Вопрос заключается в том, чтобы определить вероятность того, что каждая точка внутри квадрата упаковки может быть покрыта одним эллипсом. Однако ввиду того, что в реальном процессе обработки взаимодействие абразивной частицы с поверхностью детали имеет более сложный характер, дадим оценку вероятности по формуле (2.2) ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 21

𝑃1 =  𝑎𝑏  𝑎2 + 4𝐷𝑎 + 𝐷 2 (2.2) , где a и b – большая и малая полуоси эллипсов контакта; D– диаметр абразивной частицы. В обычном случае, когда площадь поверхности детали больше квадрата упаковки, общее число взаимодействий, приводящих к микрорезанию, определяется по формуле(2.3) 𝑁𝑝 = 𝑛𝑝 𝑆дет , 𝑆кв.уп. (2.3) где 𝑆дет – площадь поверхности детали; Sкв.уп.– площадь упаковки. Приняв Sкв.уп = D2 = 4R2, получим формулу(2.4) 𝑁𝑝 = 𝑃1𝑃2 𝑓в 𝑡 𝑆дет 2. (2.4) 4𝑅 Следует учитывать, что в случае обработки очень малых деталей, либо их отдельных участков, когда площадь детали меньше площади квадрата упаковки, значение вероятности P1изменится по формуле(2.5) 𝑃1 =  𝑎𝑏 𝑆дет . (2.5) Формула для определения общего числа взаимодействий, примет вид по формуле Error! Reference source not found.) 𝑁1 = 𝑃1 𝑃2𝑓в 𝑡. (2.6) Для проведения расчетов необходимо определить величину полуосей эллиптического пятна контакта aи b. Величину малой полуоси b можно найти, воспользовавшись геометрической схемой внедрения абразивной частицы в поверхность детали (Error! Reference source not found.Error! Reference source not found.). Малая полуось эллиптического пятна контакта равна половине длины хорды, проведённой в окружности радиуса R на расстоянии (R – hmax) от центра по формуле (2.7) 𝑏 = √𝑅 2– (𝑅 – ℎ𝑚𝑎𝑥 )2. (2.7) Учитывая длину траектории следа, а также тот факт, что при внедрении на ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 22

глубину hmax частица оставляет отпечаток шириной 2b, можно найти величину большой полуоси. Вычислив величинуaи bможно рассчитать площадь следа абразивной частицы на поверхности детали Sсл=  ab, следовательно, вероятность того, что любая точка квадрата упаковки покроется пятном контакта – P1 можно определить общее количество воздействий частиц на обрабатываемую поверхность. Необходимость разработки методики расчёта удаления металла с поверхности детали объясняется следующими причинами: 1) Одной из задач является удаление слоя после литья, штамповки и.т.д, для этого нужно определить время для обработки; 2) Если задачей является удаление заусенцев и облоя, то вычислив объём удаленного металла можно применить методику для определения времени обработки; 3) Для расчёта времени достижения шероховатости также нужна методика, которая позволяет определить удаление объёма металла в течении какого-то промежутка времени. Следовательно, при расчёте съёма металла достаточно учитывать только число взаимодействий Np, приводящих к микрорезанию по формуле(2.9) 𝑄 = 𝑁𝑝 𝑞, (2.9) где Q - съем металла с поверхности детали. Однако, при расчётах следует учитывать, что сложная форма деталей может затруднить доступ абразивных частиц к обрабатываемой поверхности и уменьшать количество взаимодействий. В таких случаях необходимо вводить коэффициент формы детали - kф. В общем случае, зависимость для определения съёма металла с поверхности детали будет иметь следующий вид и рассчитывается по формуле (2.10) 𝑄 = 𝑘ф 𝑘т.ж. 𝑃1𝑃2𝑓в 𝑡𝑞 𝑆дет при 𝑆дет > 4𝑅 2 . 2 4𝑅 ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата (2.10) Лист 23

2.3 Теоретическая модель съёма заусенца при ВиО При анализе поперечного геометрических сечения заусенца, форм который был смоделирован выглядит, как профиль прямоугольный треугольник. В работах Бабичева и Мишнякова [1] говорится о том, что заусенец, имея треугольную форму, удаляется от вершины к основанию с помощью микрорезания-царапания. В первые секунды обработки, когда длина следа обработки превосходит показатель толщины заусенца в месте соударения зёрен, абразивные частицы режут всё тело под разными углами. Соответственно, вначале происходит наибольшая интенсивность съёма. Если увеличить радиус кромки заусенцев до длины следа интенсивность начинает убывать. При достижении толщины заусенца при вершине, превышающей длину следа, интенсивность с течением времени изменятся незначительно. В случае прямоугольного сечения заусенца интенсивность обработки будет величиной постоянной. Исследование следов обработки говорит о том, что цикл обработки не изменяется, даже если использовать в обработке другие материалы. Могут измениться только размеры следов обработки. Твердость материала образцов влияет на быстроту ВиО. Процесс удаления заусенца можно разложить на три этапа. Рисунок 2.3.1 – Схема заусенца ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 24

Толщина заусенца у основания принималась равной L0. Объём металла, который необходимо удалить на участке, длина которого равна диаметру абразивной частицы 2R, определяли по формуле 𝑊 = 2𝑅𝐿20, (2.11) где R – радиус абразивной частицы. После преобразований была получена зависимость для определения времени удаления заусенца 4𝐿20 𝑅 2 𝑡3 = 𝑘3 𝜋𝑎𝑏𝑃2𝑓в 𝑉 (2.12) Данная модель позволила рассчитывать время удаления заусенцев и облоя, причем это время прямо пропорционально кубу толщины заусенца у основания. Так как, от геометрической формы поперечного сечения заусенца зависит объём удалённого металла, и как следствие, время и производительность обработки, то на основании выше приведённой зависимости необходимо разработать методику уточнённого расчёта времени удаления заусенца. С учётом того, что с увеличением толщины заусенца в его основании геометрическая вероятность P1 изменяется по пропорциональному закону может возникнуть два случая расчёта времени заусенца: 1. Когда заусенец удаляется с геометрической вероятность Р1=1, т.е. наблюдается наибольшая интенсивность съема материала заусенца и выполняется условие для соотношения диаметра гранулы к величине заусенца у основания более чем в 2 раза; 2. Когда время удаления заусенца рассчитывается в несколько этапов: первый этап – этап высокой интенсивности, второй –переходная интенсивность и третий этап – установившейся интенсивности обработки. В данном случае соотношение диаметра гранулы к величине заусенца у основания менее 222 и расчет проводится с учетом диапазона изменения соотношения диаметра гранулы к величине основания заусенца. Определение времени удаления заусенца при соотношении диаметра гранулы к толщине заусенца у основания более 222 раза. Геометрическая форма сечения заусенца в данном случае представляет ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 25

собой треугольник (рисунок 2.3.1), где толщина заусенца у основания равна L0 и высота H, отсюда площадь поверхности поперечного сечения заусенца определяется по формуле (2.13) 𝑆= 1 𝐿 ℎ 2 0 заус (2.13) Объём металла, который необходимо удалить на участке, длина которого равна диаметру абразивной гранулы 2R 𝑊3 = 𝑅𝐿0 ℎзаус (2.14) Так как согласно зависимости объем металла, который удаляется за время 𝑡з : Wз  P1P2 f вt зV , (2.17) можно записать в следующем виде: RL0 hзаус  P1P2 f в t заусV , (2.16) Геометрическая вероятность Р1 для данной стадии расчета равна единице. Введя коэффициент kз, учитывающий особое расположение заусенца на детали и специфические условия взаимодействия абразивной частицы с его поверхностью, после преобразований получим зависимость для определения времени удаления заусенца: 𝑡заус1 = 𝑘з ℎзаус ∙𝐿0 ∙𝑅 𝑃2 ∙𝑓𝑩 ∙𝑉 , (2.17) kзаус – коэффициент, определящий расположение заусенца. Определение времени удаления заусенца при соотношении диаметра гранулы к толщине заусенца у основания менее 222. При соотношении диаметра гранулы к величине заусенца у основания менее 222 необходимо проводить расчет времени съёма заусенца с учетом диапазона изменения данного соотношения в несколько этапов. Для этого условно разобьем площадь треугольника заусенца на три элементарные геометрические формы: треугольник и две трапеции, как показано на Рисунок 2.3.2. Разбиение высоты заусенца на большее количество участков допускается, но в данном случае нецелесообразно из-за незначительной степени увеличения ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 26

точности получаемых результатов. Рисунок 2.3.2 – Геометрические преобразования площади сечения заусенца На первом этапе проводим расчет времени удаления заусенца при величине основания L1, для которого верно неравенство 𝑘геом1 = 𝑑гр 𝐿1 ≥ 222, (2.18) т.е. геометрическая вероятность того, что любая точка круга с радиусом равным R при одном колебании рабочей камеры станка покрывается пятном контакта 𝑃1 = 1. Геометрическая форма участка заусенца представляет собой прямоугольный треугольник с высотой ℎзаус1 . На втором этапе проводим расчёт времени удаления заусенца при величине основания L2, для которого верно следующее равенство: 𝑘геом2 = 𝑘геом1 −𝑘геом3 2 + 𝑘геом3 , (2.19) при котором геометрическая вероятность того, что любая точка круга R ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 27

при одном колебании рабочей камеры станка покрывается пятном контакта 𝑃1 2 < 1. Геометрическая форма второго участка поперечного сечения заусенца – трапеция с высотой ℎзаус2 . На третьем этапе проводим расчёт времени удаления заусенца при величине основания заусенца L0, для которого верно 𝑘геом3 < 222, при котором геометрическая вероятность того, что любая точка круга R при одном колебании рабочей камеры станка покрывается пятном контакта 𝑃1 3 < 1. Геометрическая форма участка заусенца – трапеция с высотой ℎзаус3 . Расчетные формулы определения времени удаления заусенца для первого этапа. Толщина заусенца у основания равна L1. Площадь поверхности заусенца 1 𝑆 = 𝐿1ℎзаус1 , 2 (2.20) Тогда объем металла, который необходимо удалить на участке, длина которого равна диаметру абразивной частицы 2 R Wз  RL1hзаус1 , (2.21) Так как согласно за время удаляется объем металла Wз  P1P2 f вt зV , (2.21) можно записать следующее равенство RL1hзаус1  P1P2 f в t заус1V , (2.22) Величина на участке длиной 2 R определится следующим образом: P1 1  ab 2 RL0  1, (2.23) это следует из следующего неравенства 𝑑гр 𝐿1 ≥ 222, (2.24) После преобразований получим искомую зависимость для определения времени удаления заусенца на первом этапе ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 28

𝑡заус1 = 𝑘заус ℎзаус1 ∙𝐿1 ∙𝑅 𝑃2 ∙𝑓в ∙𝑉 . (2.25) Расчетные формулы определения времени удаления заусенца для второго этапа. Толщина заусенца у основания равна L2. Площадь сечения поверхности заусенца, представленная в виде трапеции 𝑆= 𝐿2 +𝐿1 2 ℎзаус2, (2.26) Тогда объем металла, который необходимо удалить на участке, длина которого равна диаметру абразивной частицы 2 R Wз  R( L1  L2 )hзаус2 , (2.27) Так как согласно (2.21) за время, необходимое для удаления объема металла равного Wз, находим Wз  P1P2 f вt зV , (2.28) можно записать следующим образом R( L1  L2 )hзаус2  P1P2 f в t заус2V , Величина геометрической вероятности (2.29) P1 2 на участке длиной 2 R определится отношением P1 2  ab , 2RL 2 (2.30) после преобразований получим зависимость, позволяющую определить время удаления заусенца на втором этапе: 𝑡заус2 = 𝑘заус 2∙𝐿2 ∙ℎзаус2 ∙(𝐿1 +𝐿2 )∙𝑅 2 𝑃2 ∙𝑓𝑩 ∙𝑉 , (2.31) Расчетные формулы определения времени удаления заусенца для третьего этапа. Толщина заусенца у основания равна L0. Площадь поверхности заусенца, как и во втором этапе, представлена в виде площади трапеции 𝑆= 𝐿2 +𝐿0 2 ℎзаус3, (2.32) ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 29

где hзаус3 – высота трапеции третьего участка (рисунок 2.3.2). Отсюда объем металла, который необходимо удалить на участке, длина которого равна диаметру абразивной частицы 2 R Wз  R( L0  L2 )hзаус3 , (2.33) Так как согласно за время удаляется объем металла, который равен Wз  P1P2 f вt зV , (2.34) можно представить в следующем виде R( L0  L2 )hзаус3  P1P2 f в t заус3V , (2.35) Величина геометрической вероятности Р13 на участке длиной 2 R определится следующим образом P1 3  ab , 2RL0 (2.36) после преобразований получим зависимость для определения времени удаления заусенца на третьем этапе: 𝑡заус3 = 𝑘заус 2∙𝐿0 ∙ℎзаус3 ∙(𝐿0 +𝐿2 )∙𝑅 2 𝑃2 ∙𝑓𝑩 ∙𝑉 , (2.37) Руководствуясь опытными данными принимаем ℎзаус = 2.5 ∙ 𝐿0 , (2.38) тогда согласно теореме подобия треугольников получаем следующие преобразования ℎзаус1 = 2.5 ∙ 𝐿1 , ℎзаус2 = ℎзаус3 = 𝐿1 ∙ℎзаус1 𝐿0 ∙ℎзаус1 𝐿1 (2.39) − ℎзаус1 , (2.40) − ℎзаус2 − ℎзаус1 , (2.50) 𝐿1 𝑡заус.1 = 𝑡з1 + 𝑡з2 + 𝑡з3 , (2.51) Итоговое время удаления заусенца будет являться суммой времени, необходимого для удаления всех трех участков заусенца ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 30

𝑡заус = 𝑘заус (𝑡заус1 + 𝑡заус2 + 𝑡заус3), (2.52) ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 31

3 Методика исследований 3.1 Технологическое оборудование Экспериментальные исследования процесса ВиО проводились в дробленной скорлупе грецкого ореха на вибрационном станке СВТ-5. Преимуществом данного оборудования является: простата конструкции, универсальность, удобство в эксплуатации. Финишная обработка при помощи вибрационных станков успешно осуществляется на многих предприятиях. Наиболее полное описание оборудования представлено в работах [2, 3]. Техническая характеристика оборудования приведена (таблица 3.1), внешний вид оборудования представлен (рисунок 3.1.1) Таблица 3.1Технические характеристики станка для виброобработки Наименован ие Единицы измерения Модель станка СВТ-5 Объем рабочей камеры дм3 5 Количество рабочих камер шт 1 Привод колебаний дебалансный Расположение вибратора горизонтальное Мощность электродвигателя кВт 1.7 Амплитуда колебаний мм 0.5-5 Частота колебаний Гц 16,26,33,40 Габаритные размеры м 1.76х1.0х1.05 ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 32

Продолжение таблица 3.1 Наименован Единицы ие измерения Модель станка СВТ-5 Масса кг 1012 Объем бака отстойника дм3 200 Рисунок 3.1.1 – Станок СВТ-5 3.2 Приборы и приспособления для экспериментальных исследований Для измерения и контроля различных параметров работы оборудования, характеризующих протекание процесса виброабразивнойной обработки, применялись следующие приборы и приспособления. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 33

Взвешивание образцов для определения величины съема металла выполнялось на аналитических весах модели АД-200 с точностью измерения до 0.2 мг (Рисунок 3.2.1) Рисунок 3.2.1 – Аналитические весы АД – 200. Скругление острых кромок исследовалось на двойном микроскопе ЛинникаМИС-11(рисунок 3.2.2) по специальной методике. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 34

Рисунок 3.2.2 – Микроскоп ЛинникаМИС-11 Контроль процесса удаления заусенцев осуществлялся путем осмотра и сравнения с эталоном, проверки предельными калибрами соответствующих размеров, замера размеров заусенцев штангенциркулем с точностью измерения 0,02 мм, а также с помощью инструментального микроскопа, для чего обрабатываемые образцы проходили специальную обработку (разрез и подготовка шлифа - в измеряемом сечении). В отдельных случаях интенсивность процесса дополнительно проверялась по съему металла путем взвешивания образцов до и после обработки. 3.3 Выбор материалов для образцов При выборе материалов образцов для экспериментальных исследований принимались во внимание проверка универсальности теоретических моделей и возможности широкого применения результатов исследований для обработки деталей из машиностроительных материалов, которые наиболее ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата часто Лист 35

используются в промышленности, а также материалов, используемых в авиастроении. В качестве объектов исследований использовались детали - представителей одного из приборостроительных предприятий. Основная продукция данного предприятия включает в себя большую номенклатуру мелкоразмерных деталей, у многих из которых присутствуют сложно-доступные поверхности (малые пазы и отверстия). Номенклатура включает в себя порядка сорока наименований деталей. Выбранные для исследования детали были разбиты на группы, исходя из их схожести по габаритным размерам, материалу, а также по конструктивным и технологическим признакам, в каждой группе были выделены наиболее типичные детали-представители [9]. Химический состав и физико-механические свойства исследуемых деталей - представителей представлены в таблице Таблица 3.2 Таблица 3.2 – Химические свойства Химические свойства АМг6 Fe Si Mn Ti Al Cu Be Mg Zn 0,4 0,4 0,5-0,8 0,02 91,1 0,1 0,0002 5,8 0,2 Химические свойства ЛС59 Fe P Sb Pb Sn Cu Bi Mg Zn 0,5 0.02 0.01 0.8 0.3 57 0.03 1.2 37.05 Химические свойства Бр-оц4-3 Fe Si Ni P Al Cu Pb Sn Zn 0,05 0.002 0.3 0.03 0.002 92.2 0.02 3.5 2.7 ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 36

Таблица 3.3 – Классификация изделий приборов радиоэлектронной аппаратуры Код груп пы Конструктив ная форма 1 Плоские детали из листового материала 2 Тела вращения 3 Тела вращения с пересеченны м плоским телом 4 Тела вращения в сочетании с фасонным телом Детали представители группы ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 37

3.4 Методика для исследования макро геометрии поверхности деталей Изучение применением шероховатости профилометров. производилось Шероховатость по ГОСТ 27964-88 с поверхности получали из среднеарифметического значения Ra. Для проведения анализа формы заусенцев использовались оптические и электронные устройства. Для фотографий заусенцев использовалась камера модели DCM510. Таким образом, производилось измерение заусенцев в 12,5 кратном увеличении. Вывод строился по среднему значению пяти образцов. Средняя высота заусенца вычислялась по 10 точкам (пять минимальных и пять максимальных значений) и вычислялась по формуле (3.24) ℎ ср = ∑5𝑗=1 ℎ𝑗𝑚𝑖𝑛 +∑5𝑗=1 ℎ𝑗𝑚𝑎𝑥 10 (3.24) , где ∑5𝑗=1 ℎ𝑗𝑚𝑖𝑛 – значение суммы высот заусенцев для 5 максимальных точек, мм; ∑5𝑗=1 ℎ𝑗𝑚𝑖𝑛 – значение суммы высот заусенцев для 5 максимальных точек, мм; После определяется среднее значение высоты заусенцев пяти образцов по формуле (3.25) ℎ= ∑5𝑖=1 ℎ𝑖ср 5 (3.25) , где i – номер образца. 3.5 Методика исследований влияния режимов виброобработки на производительность и качество процесса Чтобы удостовериться в адекватности расчётных зависимостей, которые обеспечивают выгодные условия ВиО. Например, продолжительность, количество обрабатываемых деталей вместе. Для этого существует методика проверки. Сперва требуется подготовить образцы, на примере деталей РЭА. Их делят на 4 группы (по 5 штук в каждой), исходя из конструктивных особенностей. На ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 38

каждой из них делается насечка напротив заусенца, для получения оценки у каждого образца определялись геометрические размеры заусенцев и шероховатость. Время определялось на основе периодического контроля процесса, который производился в отрезки времени кратные 5-10 минут. Если же неполное снятия заусенца, образцы опять помещались в камеру и обработка продолжалась. В завершении, когда заусенец полностью удалялся, проводился контроль шероховатости по среднеарифметическому отклонению профиля Ra и на соответствие требования, которое устанавливал чертеж. Затем определялась оценка качества поверхности. Полученные результаты заполняются в таблицы. Затем анализируется степень расхождения и делалось заключение об адекватности продолжительности обработки. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 39

4 Результаты исследования На основании проведенных теоретических исследований по данной теме была запланирована и проведена серия экспериментальных исследований, целью которых ставилось определение влияния технологических параметров, особого расположения заусенцев деталей на изменение времени удаления заусенца. Время удаления заусенца зависит от механических свойств обрабатываемого материала, толщины заусенца у основания, а также от характеристик рабочей среды. Для проверки приведенных выше зависимостей времени обработки деталей при ВиО было проведено несколько серий экспериментов с использованием образцов из различных материалов. Целью экспериментов ставилось установление влияния технологических режимов виброабразивной обработки в на время съема заусенцах [9]. Зависимость определения времени построены с помощью программы MATH CAD. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 40

Таблица 4.1 – Технологические параметры деталей РЭА в гранулах скорлупы грецкого ореха. Материал образцов № опыта Технологические параметры Кол-во образцо в Результаты обработки 𝐷гр , А, f, мм мм Гц 𝑅𝑎 , Диап Tэкс.с Tрасч мк а- р., , м зонТэ мин мин δ, % От размера гранул. Средний размер заусенца Lo = 0,1мм 1 АМг6 5 3 2 33 + 60-80 80 70,3 12 2 АМг6 5 4 2 33 + 45-50 49 47,6 2 3 АМг6 5 5 2 33 + 45-60 51 50,3 1 4 АМг6 5 6 2 33 + 25-40 32 35,1 9 5 ЛС-59-1 5 3 2 33 + 120-135 130 120,1 6 6 ЛС-59-1 5 4 2 33 + 65-90 74 74,3 2 7 ЛС-59-1 5 5 2 33 + 50-35 57 57,2 3 8 ЛС-59-1 5 6 2 33 + 40-55 45 45,7 1 9 БрОЦ4-3 5 3 2 33 - 135-150 144 151,4 5 10 БрОЦ4-3 5 4 2 33 + 90-115 97 97,1 1 11 БрОЦ4-3 5 5 2 33 + 60-70 66 65,2 1 12 БрОЦ4-3 5 6 2 33 + 50-65 58 55,7 3 От частоты. Средний размер заусенца Lo = 0,1 мм 13 АМг6 5 4 2 25 + 75-90 84 78,4 7 14 АМг6 5 4 2 33 - 40-50 42 44,6 6 15 АМг6 5 4 2 40 + 40-45 42 45,1 7 16 АМг6 5 4 2 45 + 35-40 34 38,1 12 17 ЛС-59-1 5 4 2 25 + 85-100 90 93,2 3 18 ЛС-59-1 5 4 2 33 + 70-85 77 72,1 14 19 ЛС-59-1 5 4 2 40 + 50-65 58 64,6 11 20 ЛС-59-1 5 4 2 45 + 45-60 51 58,5 18 21 БрОЦ4-3 5 4 2 25 + 120-135 130 115,2 12 22 БрОЦ4-3 5 4 2 33 + 90-115 96 95,8 2 ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 41

Продолжение таблица Материал образцов № опыта Технологические параметры Кол-во образцо в Результаты обработки 𝐷гр , А, f, мм мм Гц 𝑅𝑎 , Диап Tэкс.с Tрасч мк а- р., , м зонТэ мин мин δ, % 23 БрОЦ4-3 5 4 2 40 + 80-95 92 85,1 7 24 БрОЦ4-3 5 4 2 45 + 70-85 77 74,4 5 Примечание. + - значение шероховатости Ra в пределах технических требований - - значение шероховатости Ra выходит за пределы технических требований ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 42

Рисунок 3.5 – График времени по отношению к диаметру гранул грецкого ореха Рисунок 4.2 – График времени по отношению к частоте ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 43

№ опыта Таблица 4.2 – Результаты от размеров гранул грецкого ореха Размер заусенца Lo, мм Кол- Технологические параметры во образц ов Результаты обработки 𝐷гр , А, f, 𝑅𝑎 , Диапа мм мм Гц мкм -зонТэ Tэкс.с р., Tрасч, мин мин δ, % Материал детали: АМг6 1 0,05 2 0,1 3 0,2 4 0,3 5 4 2 33 + 25-40 30 32,1 7 + 40-50 48 44,2 8 + 65-80 68 70,3 3 + 85-100 92 90,3 2 Материал детали: ЛС-59-1 5 0,05 6 0,1 7 0,2 5 4 2 33 + 60-70 64 67,2 5 - 65-90 82 74,1 9 + 75-90 80 81,2 2 № опыта Продолжение таблица Размер заусенца Lo, мм 8 Кол- Технологические Результаты обработки параметры во образц 𝐷гр , А, f, 𝑅𝑎 , Диапа ов мм мм Гц мкм -зонТэ 0,3 + 120-135 Tэкс.с р., Tрасч, мин 126 мин 122,4 δ, % 3 Материал детали: БрОЦ4-3 9 0,05 10 0,1 11 0,2 12 0,3 5 4 2 33 + 85-100 95 90,2 5 + 85-110 96 97,5 2 + 115-130 126 120,4 8 + 135-150 146 150,2 3 Примечание. + - значение шероховатости Ra в пределах технических требований - - значение шероховатости Ra выходит за пределы технических требований ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 44

Рисунок 4.2 – График времени от размера основания заусенца Из исследований становится ясно, что теоретические и экспериментальные данные находятся в пределах 20% погрешности друг от друга, следовательно, адекватность данных зависимостей подтверждается. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 45

5 Технико-экономическая эффективность внедрения ВиО при отделочно- зачистной обработке деталей РЭА В рамках экономического обоснования предложенного технического решения данной проблемы предлагается произвести экономическую оценку его эффективности путем сравнения базового и проектируемого вариантов технологического процесса по критерию технологической себестоимости, включающей в себя затраты, меняющиеся в разных вариантах технологического процесса, с учетом приведенных капитальных вложений. В зависимости от изменений, внесенных в технологический процесс, обоснованию подлежит соответственно сам технологический процесс в целом, выбранное оборудование по операциям, предлагаемый для обработки инструмент и приспособления. Экономическоеобоснованиепроектируемоготехнологическогопроцессапроизвод ствадеталейприборостроительного предприятия ПАО «Завод Атлант» заключается в подтверждении целесообразности его применения. Технологический процесс был спроектирован на базе заводского технологического процесса путем его оптимизации. В базовом технологическом процессе отделочная операция детали производится в ручную, на которую затрачивается большое количество времени по сравнению с другими операциями, а по проектируемому технологическому процессу эта операция будет выполняться на виброгалтовочном станке Rotar-VBU-C-30L, что значительно сокращает время изготовления и тем самым снижает себестоимость изготовления детали. Изменение операций позволяет значительно повысить производительность за счет совмещения. Необходимые для расчета данные по операциям базового и проектируемого технологических процессов представлены. Таблица 5.1 – Значения по базовому и проектируемому процессу № операци Базовый техпроцесс Наименование и оборудования Наименование операции модель Время, мин t0 tшт ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 46

и 015 020 Токарная Токарная Haas TL-1 Токарный станок Haas TL-1 Токарный станок 0,21 0,15 0,28 0,20 Продолжение Таблица 5.1 № операци и 025 030 035 Наименование операции 040 Фрезерная 045 Фрезерная 050 055 Токарная Отделочная 015 020 025 030 035 Токарная Токарная Токарная Токарная Фрезерная 040 Фрезерная 045 Фрезерная 050 055 Токарная Отделочная Базовый техпроцесс Наименование и оборудования Токарная Токарная Фрезерная модель Время, мин t0 tшт Haas TL-1 Токарный станок Haas TL-1 Токарный станок HaasVF-1 Вертикальнофрезерный станок HaasVF-1 Вертикальнофрезерный станок HaasVF-1 Вертикальнофрезерный станок Haas TL-1 Токарный станок В ручную Проектируемый техпроцесс Haas TL-1 Токарный станок Haas TL-1 Токарный станок Haas TL-1 Токарный станок Haas TL-1 Токарный станок HaasVF-1 Вертикальнофрезерный станок HaasVF-1 Вертикальнофрезерный станок HaasVF-1 Вертикальнофрезерный станок Haas TL-1 Токарный станок Rotar-VBU-C30LВиброгалтовочный станок 0,06 0,53 0,48 0,08 0,72 0,65 0,43 0,58 0,21 0,27 0,07 6 tшт.о 0,09 8,1 11 0,21 0,15 0,06 0,53 0,48 0,28 0,20 0,08 0,72 0,65 0,43 0,58 0,21 0,27 0,07 0,6 0,09 0,81 tшт.о 3,7 Информация об оборудовании представлены в Таблица 5.2 Таблица 5.2 – Информация об оборудовании Наименова Оптовая Норма Суммарная Действител Категория ние цена амортизац мощность ьный фонд рем. модель оборудова ии электродви времени Сложности оборудова ния оборудова гателей работы оборудован ния руб нию Нa.об, N, кВт единицы ия и Ц, по ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 47

оборудован % Рм Рэ ия FД, час Продолжение Таблица 5.2 Наименова Оптовая Норма Суммарная Действител Категория ние цена амортизац мощность ьный фонд рем. модель оборудова ии электродви времени Сложности оборудова ния оборудова гателей работы оборудован ния руб нию Нa.об, N, кВт единицы ия оборудован Рм Рэ 48 и Ц, по % ия FД, час Haas TL-1 Токарный 2600000 12 9 3890 35 Наименова Оптовая Норма Суммарная Действител Категория ние цена амортизац мощность ьный фонд рем. модель оборудова ии электродви времени Сложности оборудова ния оборудова гателей работы оборудован ния руб нию Нa.об, N, кВт единицы ия станок и Ц, по оборудован % HaasVF-1 ия FД, час Рм Рэ 4400000 12 28 3890 40 44 300000 12 0,75 3890 6 10 Вертикаль но – фрезерный станок RotarVBU-C30LВибро галтовочн ый станок ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 48

Информация об оснастке представлена в Таблица 5.3 Таблица 5.3 – Информация об оснастке Наименован ие приспособле ния Патрон токарный трёхкулачковы й Цена приспособления Цпр, руб Срок службы приспособления Тсл, год 5600 4 Среднегодовые затраты на текущий ремонт приспособлений, руб. (10% от Цпр) 560 Информация рабочих представлена в Таблица 5.4 Таблица 5.4 – Информация о рабочих Оператор ЧПУ Станочник Рабочий Норма обслуживания оборудования, шт.: 3 Разряд работы: 2 - 3 - 4 Часовая тарифная ставка, руб./час: 260 210 160 Исходные данные представлены в Таблица 5.5 Наименование показателя Годовой объем выпуска деталей NД,шт. Величина 20000 Годовые затраты на техническое обслуживание и ремонт оборудования, руб./рем.ед.: 794 - механической части Зр.м. - электрической части Зр.э Цена 1 Квт/ч электроэнергии Цэ, руб. Количество смен ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата 206,6 4,7 2 Лист 49

Наименование показателя Коэффициент загрузки двигателей по мощности, Кw Величина 0,6 Коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в сети,Кп Коэффициент, учитывающий дополнительные затраты электроэнергии во время холостого хода, Кд Км и Ктр– затраты на монтаж и транспортировку, % 1,05-1,1 Коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату, α 1,4 1,05-1,1 10 Продолжение Исходные данные представлены в Таблица 5.5 Наименование показателя Коэффициент, учитывающий страховые взносы, β Фонд времени работы рабочего при 40-час. раб.неделе Fp, ч. Величина 1,3 1981 Расчёт технологической себестоимости происходит с применением формул, представленных в Таблица 5.6 Таблица 5.6 – Расчёт себестоимости Показат ели Заработ ная плата основн ых произво дственн ых рабочих Расчетная формула Зо  tшт  Чс  К мн     , 60 Условные обозначения tшт – норма штучного времени на выполнение операции, мин; Ч с – часовая тарифная ставка станочника . Зо соответствующего разряда , руб.; К мн – коэффициент, учитывающий оплату основного рабочего при многостаночном обслуживании;  – коэффициент, учитывающий дополнительную заработную плату;  – коэффициент, учитывающий отчисления на социальные нужды. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 50

Показат ели Заработ ная плата вспомог ательны х рабочих Расчетная формула Условные обозначения Зв  Ч н  Р  Fр     , Ч н – часовая тарифная ставка Звн  Зв  tшт  nсм , 60  Н он  FД наладчика соответствующего разряда, руб.; Р – количество вспомогательных рабочих соответствующего разряда; Fр – фонд времени работы рабочего, ч. nсм – число смен работы станка ( nсм = 2); Н он – число станков, Звн обслуживаемых наладчиком в смену. Продолжение Таблица 5.6 Показат ели Затраты на техноло гическу ю энерги ю Расчетная формула SЭ  Ц Э  k N  kW Э Условные обозначения Ц Э – цена 1кВт/ч электроэнергии, руб/кВт/ч; k N – N tшт  kх , 60 SЭ коэффициент загрузки электродвигателя по мощности; kW – коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в сети;  Э –КПД электродвигателей оборудования; N – суммарная установленная мощность электродвигателей оборудования, кВт; k х – коэффициент, учитывающий дополнительные затраты электроэнергии во время холостого хода. Расчет затрат на эксплуа тацию приспос облени й S пр S пр  ( Ц пр  Рпр )  tшт 60  FД  k3  Т сл , Ц пр – цена приспособления в руб.; Рпр – среднегодовые затраты на текущий ремонт приспособлений, руб.; Т сл – срок службы приспособления в годах; k3 – коэффициент загрузки оборудования. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 51

Продолжение Таблица 5.6 Показат ели Затраты на обслуж ивание и ремонт оборудо вания Условные обозначения Расчетная формула З рм Sр  ( З рм  Рм  З рэ  Рэ )  tшт 60  FД  k з , З и рэ – годовые затраты на техническое обслуживание и ремонт оборудования на единицу ремонтной сложности механической и, соответственно, электрической Р Р части, руб./год; м и э – категория ремонтной сложности механической и электрической части оборудования. Sр Продолжение Таблица 5.7 Показат ели Аморти зационн ые отчисле ния по оборудо ванию Расчетная формула Условные обозначения Аоб  Ц п.об  Н а.об  tо , 100  FД  60 Ц п.об К  К тр   Ц 1  м 100  Ц п.об – первоначальная стоимость  ,  Н а .об – годовая норма оборудования, руб.; амортизационных отчислений на оборудование,%; Ц – оптовая цена единицы К К тр м и оборудования руб., – затраты на монтаж и транспортировку, % Аоб Расчёты себестоимости внесены в Таблица 5.7 Таблица 5.7 – Расчеты затрат себестоимости Формула Зо  tшт  Показатели для расчёта Чс  К мн     60 Результат № tшт Чс К мн   015 0,28 250 1 1,4 1,3 2,15 020 0,20 250 1 1,4 1,3 1,54 Зо ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 52

025 0,08 250 1 1,4 1,3 0,61 030 0,72 250 1 1,4 1,3 5,43 035 0,65 250 1 1,4 1,3 4,91 040 0,58 250 1 1,4 1,3 4,4 045 0,27 250 1 1,4 1,3 2,15 050 0,09 250 1 1,4 1,3 0,72 Чн Р Fр   Зв 250 1 1981 1,4 1,3 901355 Зв  Ч н  Р  Fр     Продолжение Таблица 5.7 Формула Показатели для расчёта Результа т Звн  Зв  tшт  nсм 60  Н он  FД № Зв tшт nсм Н он FД Звн 01 9013 0,2 2 3 389 0,73 5 55 8 02 9013 0,2 0 55 0 02 9013 0,0 5 55 8 03 9013 0,7 0 55 2 03 9013 0,6 5 55 5 04 9013 0,5 0 2 3 389 0 2 3 389 № докум. Подп. Дата 0,21 0 2 3 389 1,84 0 2 3 389 1,67 0 2 3 389 ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист 0,52 1,49 Лист 53

SЭ  0 55 8 0 04 9013 0,2 5 55 7 05 9013 0,0 0 55 9 № Ц Э  k N  kW tшт N   kх Э 60 ЦЭ kN kW Э N tшт kх 01 4,5 0,6 1 0,8 9 0,2 1 2 3 389 0,73 0 2 3 389 0,24 0 5 SЭ 8 02 4,5 0,6 1 0,8 9 0 0,2 1 0 02 4,5 0,6 1 0,8 9 5 0,0 1 8 03 4,5 0,6 1 0,8 9 0 0,7 1 2 03 4,5 0,6 1 0,8 9 5 0,6 1 5 Продолжение Таблица 5.7 Формула Показатели для расчёта Резуль тат 04 4,5 0,6 1 0,8 9 0 04 4,5 0,6 1 0,8 9 ( Ц пр  Рпр )  tшт № 60  FД  k3  Т сл Σ Sр  ( З рм  Рм  З рэ  Рэ )  tшт № 60  FД  k з 01 0,2 1 7 4,5 0,6 1 0,8 9 0 S пр  1 8 5 05 0,5 0,0 1 9 Ц пр Рпр tшт FД k3 Т сл S пр 560 56 2,8 389 0, 4 0,021 0 0 9 0 8 З рм Рм З рэ Рэ tшт FД kз Sр 789 35 206, 48 0, 38 0, 0,06 ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 54

5 6 02 789 35 0 48 206, 28 90 8 0, 38 0, 20 90 8 0, 38 0, 08 90 8 0, 38 0, 72 90 8 0, 38 0, 65 90 8 0, 38 0, 58 90 8 0, 38 0, 27 90 8 0, 38 0, 09 90 8 0,04 6 02 789 35 5 206, 48 6 03 789 35 0 206, 48 6 03 789 40 5 206, 48 6 04 789 40 0 206, 48 6 04 789 40 5 206, 48 6 05 789 35 0 206, 48 6 0,02 0,14 0,14 0,13 0,06 0,02 Продолжение Таблица 5.7 Формула Показатели для расчёта  К К  Ц п.об  Ц 1  м тр  100   Результат № Ц Км К тр Ц п.об 015 2700000 5 5 297000 0 020 2700000 5 5 297000 0 025 2700000 5 5 297000 0 030 2700000 5 5 297000 0 035 2700000 5 5 297000 0 040 2700000 5 5 297000 0 ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 55

045 5000000 5 5 500000 0 050 5000000 5 5 500000 0 Аоб  Ц п.об  Н а.об  tо 100  FД  60 № Ц п.об Н а.об tо FД Аоб 015 2970000 12 0,21 3890 0,32 020 2970000 12 0,15 3890 0,21 025 2970000 12 0,06 3890 0,08 030 2970000 12 0,53 3890 0,8 035 2970000 12 0,48 3890 1,13 040 2970000 12 0,43 3890 1,1 045 2970000 12 0,21 3890 0,52 050 2970000 12 0,07 3890 0,18 Результаты расчётов вносим в Таблица 5.7 Таблица 5.8 – Результаты затрат № 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Элементы технологической себестоимости Заработная плата основных производственных рабочих 30 Заработная плата вспомогательных рабочих (наладчиков) Зв Затраты на технологическую энергию SЭ Расчет затрат на эксплуатацию приспособлений Sпр Затраты на обслуживание и ремонт оборудования Sp Амортизационные отчисления по оборудованию Аоб Технологическая себестоимость Sт Затраты по вариантам, руб. Базовы Проектируемый й 60,42 29,02 12,21 8,26 1,84 1,93 0,026 0,026 0,7 0,72 4,23 4,32 80,75 43,94 ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 56

Таблица 5.9 – Капитальные вложения в оборудование Базовый технологический процесс Расчётные показатели Ц п.об tшт FД kз К 015 2970000 0,28 3890 0,8 4,4 020 2970000 0,2 3890 0,8 3,2 025 2970000 0,08 3890 0,8 1,32 230 2970000 0,72 3890 0,8 11,54 035 2970000 0,65 3890 0,8 17,2 040 2970000 0,58 3890 0,8 15,23 045 5000000 0,27 3890 0,8 8,3 050 5000000 0,09 3890 0,8 2,14 055 Продолжение Таблица 5.9 Базовый технологический процесс Расчётные показатели К общ.б 63,33 Зпр .б 90,2 Проектируемый технологический процесс Расчётные показатели Ц п.об tшт FД kз К 015 2970000 0,28 3890 0,8 4,4 020 2970000 0,2 3890 0,8 3,2 025 2970000 0,08 3890 0,8 1,32 230 2970000 0,72 3890 0,8 11,54 ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 57

035 2970000 0,65 3890 0,8 17,2 040 2970000 0,58 3890 0,8 15,23 045 5000000 0,27 3890 0,8 8,3 050 5000000 0,09 3890 0,8 2,14 055 300000 0,81 3890 0,8 2,3 К общ.б 65,63 Зпр .б 57,3 После проведенных расчётов можно посчитать годовой экономический эффект по формуле (5.1) Эг   Зпр.б  Зпр.п   N Д , где Зпр .б и (5.1) Зпр .п – приведенные затраты, соответственно, по базовому и проектируемому технологическим процессам, руб.; N Д –годовой объем выпуска деталей, шт. Эг = (90,2 − 57,3) ∙ 20000 = 658000 Таким образом, расчёт показал, что внедрение нового технологического процесса привело к снижению себестоимости изготовления детали. Годовая экономия составила 658000 руб. Соответственно, проектируемый технологический процесс является рентабельным. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 58

Заключение В ходе выполнения данной квалификационной работы были получены уточнённые формулы для расчёта продолжительности обработки. Так же были рассмотрены методы обработки в среде свободного абразива, получены теоретические модели, необходимые для экспериментального исследования процесса удаления заусенцев и скругление кромок. Была экспериментально подтверждена адекватность полученных моделей. В результате проведенных исследований можно сделать вывод о том, что процесс вибрационной обработки является эффективным методом для удаления заусенцев и скругления кромок деталей РЭА. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 59

Список использованной литературы 1. Бабичев А.П. Вибрационная обработка деталей. - М.: Машиностроение, 1974.- 134 с. 2. Бабичев А.П., Бабичев И.А. Основы вибрационной технологии. Ростов-на-Дону: Изд. Центр ДГТУ, 1998г. - 624 с. 3. Бабичев А.П., Мотренко П.Д. Применение вибрационных технологий на операциях отделочно-зачистной обработки деталей. Ростов-на-Дону: 2010г. 243 с. 4. Димов Ю.В. Обработка деталей эластичным инструментом. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007г. - 352с. 5. Тамаркин М.А. Теоретические основы оптимизации процессов обработки деталей свободными абразивами. Дис. докт. техн. наук. Ростов-наДону, 1995г. 6. Тамаркин М.А., Смоленцев Е.В., Колганова Е.Н. Анализ современного состояния финишных методов обработки в среде свободных абразивов деталей, имеющих малые пазы и отверстия. //Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15. №1. С. 122-129. 7. Stein, J.M. Burr Formation in Precision Drilling of Stainless Steel: Ph.D. Dissertation /, J.M. Stein. The University of California at Berkeley, 1995. 8. STD-01. WBTC.1996, draft. – DeburringTechnologyInternational, Inc., KansasCity, MO. 9. Kolganova, E.N., Goncharov V. M., Fedorov A. V. (2019). Investigation of deburring process at vibro-abrasive treatment of parts having small grooves and holes. Materials today: Proceedings, 19 (5), 2368-2373, [Электронный ресурс] / URL: https://www.sciencedirect.com/science 10. Тамаркин М.А. , Колганова Е.Н. , Бачманова О.А. , Козинов А.Ю. Технологические аспекты выбора характеристик рабочей среды для обра-ботки деталей с малыми пазами и отверстиями. // С. 130-135. ВКР-СКФУ-15.03.05-161142-19 Изм Лист № докум. Подп. Дата Лист 60

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв