ПРОБЛЕМА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТОЧНОСТИ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ МАШИН БЕЗ ИХ ДЕМОНТАЖА. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Состояние проблемы восстановления точности крупногабаритных деталей машин без их демонтажа с использованием встраиваемых станков.

Традиционные технологические решения по обработке изготавливаемых деталей предусматривают использование стационарных станков на заводах производителях или на ремонтных заводах при восстановлении геометрической точности изношенных базовых поверхностей. Однако, в тяжелом, энергетическом и горном машиностроении при наличии крупногабаритных изношенных деталей и узлов машин возникает проблема восстановления точности крупногабаритных деталей непосредственно на рабочем месте без их демонтажа [31,37,113]. Решение этой проблемы возможно на основе применения новых мобильных технологий, основанных на использовании переносных встраиваемых станков, которые позволяют выполнять обработку деталей на ее рабочем месте без демонтажа [81,88,89,106].

Интенсивное развитие техники в последние десятилетия привело к созданию машин и агрегатов больших размеров. Обычно для обеспечения точной взаимосвязи таких узлов необходимо осуществлять предмонтажную, монтажную и послемонтажную механическую обработку сопрягаемых поверхностей. Для обработки таких изделий в стационарных условиях требуются уникальные, большие станки, стоимость которых достигает миллионы рублей. При этом трудоемкость выверки и установки таких изделий на станках соответствует трудоемкости их выверке и сборке на месте эксплуатации. Поэтому управление точностью установки крупногабаритных деталей является актуальной задачей для тяжелого машиностроения [13,31,113] При обработке громоздких изделий на стационарных станках возникают упругие деформации, устранить которые можно только применением тяжелых и крайне дорогостоящих приспособлений. Кроме того, возникают значительные деформации в самих станках. В работах [12,55,65,125] исследованы закономерности формирования погрешностей базирования деталей, приспособлений и спутников и даются аналитические зависимости определения влияния составляющих погрешности установки на формирование точности обработки деталей.

Проведены специальные исследования для решения задач снижения коробления корпусных деталей при механической обработке, которые подтвердили, что, несмотря на строгую регламентацию технологического процесса, деформация детали является заметной величиной [11,56]. Температурные деформация, связанные с обработкой деталей на станках вынуждают тратить иногда сотни часов на выравнивание температуры станка и детали. Поэтому в ряде случаев реализация обработки крупногабаритных деталей непосредственно на месте их работы без демонтажа, является единственным эффективным способом их обработки для восстановления требуемой геометрической точности [7,8,82,100,102]. В этом случае мы имеем дело с новыми мобильными технологиями, которые реализуются с помощью встраиваемых переносных станков.

Этим новым технологиям стали уделять все большее внимание, как в России, так и за рубежом - в Германии, США, Японии, Франции, Великобритании и др. Об актуальности мобильных технологий свидетельствуют многие публикации, появившиеся в последние годы, а также материалы проводимых конференции и различные изобретения по этой тематике [84,138,142,143,145,147]. Однако, обобщающих работ по этой важной проблеме ни в нашей стране, ни за рубежом не имеется.

В числе важных направлений развития мобильных технологий является ремонт и профилактическое обслуживание уникальных тяжелых станков, прессов, молотов, горизонтально-ковочных машин и другого тяжелого оборудования, которое можно осуществить с помощью встраиваемых передвижных станочных модулей. Этому также уделяется большое внимание за рубежом. В работе [42] показано, что специальный переносной станок, используемый при ремонте крупногабаритных деталей, позволяет существенно поднять производительность труда при обслуживании тяжелых станков. Подобный станок был создан на Краматорском заводе тяжелого машиностроения для восстановительной обработки направляющих станин металлорежущего оборудования.

В Польше создан переносной фрезерный станок для обработки шаботов ковочных молотов. Применение аналогичного станка на Харьковском заводе транспортного машиностроения позволило заводской бригаде ремонтников из трех человек за 10 дней выполнить ремонт шабота ковочного молота весом 120 т. при затратах 150 тыс.руб. Аналогичный ремонт трех шаботов ковочных молотов традиционными методами с доставкой по железной дороге секции шаботов из Харькова в Краматорск потребовал выполнения большого объема строительномонтажных и восстановительных работ в цехе, а также построения дополнительной железнодорожной ветки диной 100м. В результате затраты на восстановительные работы, в которых участвовало несколько десятков человек составили более 7млн. руб.

Большие преимущества и широкие технологические возможности использования специального переносного устройства для механической обработки при ремонте прессов показаны в работе [106].

Слабая оснащенность рабочих мест средствами, исключающими ручной труд, при выполнении ряда трудоемких операций по обработке крупногабаритных деталей имеет место также на ряде згшодов энергетического и тяжелого машиностроения. Это означает значительную долю ручного труда в общей трудоемкости изготовления изделий в тяжелом, энергетическом и атомном машиностроении. Решение этой актуальной проблемы возможно путем оснащения рабочих мест соответствующими переносными станками. Проведенные исследования показывают, что доля ручного труда только при зачистке поверхностей с помощью ручных шлифовальных машин корпуса атомного реактора БН-1600 составляет более 12% от общей нормативной трудоемкости его изготовления.

Отсутствие методологии проектирования мобильных ремонтных технологий с использованием переносных станков, а также отсутствие технологической концепции создания переносных станков является одной из основных причин, ограничивающих возможность широкого применения этого перспективного станочного оборудования.

Особенно активно работы по созданию переносных станков ведутся в Германии, где практически ежегодно подаются заявки на патенты подобного оборудования.

Так, например, фирма Ггапг-НаЬеНе (Германия) разработала переносной кругло-шлифовальный станок с широкими технологическими возможностями [142] .

Во Франции создан специальный переносной станок для обработки центровых отверстий на валах большого диаметра. Технологические возможности переносного станка рассмотрены в работе [143]. Эффективность станка объясняется тем, что обработка центровых отверстий на валах большого диаметра с использованием стационарных станков является мало производительной операцией. Это связано с большими затратами времени на установку, выверку и снятие крупногабаритной детали при сравнительно малых затратах времени на последующую механическую обработку.

Аналогично при обработке заготовок типа труб большой длины имеет место неблагоприятное соотношение машинного и вспомогательного времени. Для решения этой проблемы в Германии фирмой Викег создан переносной станок для обработки труб [145] . Этот станок отличается простотой и легкостью в управлении и высокой производительностью.

В свою очередь ряд американских фирм разработали и предлагают передвижные токарные станки для решения различных технологических задач [144].

Японская фирма Карацу Тэнносе разработала ряд специальных токарных станков, которые в соответствии с решаемыми технологическими задачами могут быть использованы как стационарные так и передвижные [146].

Для выполнения отделочной обработки на отдельных поверхностях ряд зарубежных фирм создал специальные шлифовальные станки, обеспечивающие обработку по принципу ленточного шлифования, которые отличаются легкостью и удобством в эксплуатации [147].

Использование переносных станков позволяет реализовать и другие методы отделки поверхностей, изложенные в работах [58,62,124,139].

Характерно, что традиционные производители высококачественных стационарных станков такие зарубежные фирмы, как "Cima" (Италия), "Deckel" (Германия), "Fellows" (США), "Pfauter" (Германия), и др. успешно выполняют заказы по изготовлению нестационарных станков и постоянно ведут исследования и работы по созданию новых технологий с использованием переносных станков.

В тех случаях, когда технологические задачи по восстановлению точности крупногабаритных деталей стараются решать только с позиций традиционных технологий, невозможно обеспечить должную экономическую эффективность использования различного технологического оборудования. Это объясняется тем, что традиционные технологические решения включают остановку оборудования, демонтаж изношенных деталей, транспортировку деталей на базовый завод -изготовитель с целью восстановительной обработки с использованием тяжелого стационарного оборудования. На наш взгляд, оптимальное решение имеет место только при рациональном использовании сочетаний традиционных и мобильных технологий с использованием переносных станков, что позволяет снизить затраты и существенно поднять производительность производств, в которых используют крупногабаритные машины и агрегаты. Это относится, в первую очередь, к предприятиям по производству строительных материалов, к предприятиям тяжелого и энергетического машиностроения.

Не менее важной областью использования переносных станков, обеспечивающих реализацию мобильных технологии, является их применение для выполнения профилактики и ремонта машин на предприятиях горнодобывающего и нефтегазового комплекса, а также на предприятиях заготовительного производства.

Реализацию такого подхода можно осуществить путем применения малогабаритных нестационарных станочных модулей на таких операциях, как восстановление геометрической точности изношенных базовых поверхностей точением, фрезерованием, шлифованием. Возможна также зачистка и подготовка сварных швов, вырезка закладных деталей, дообработка отверстий, локальная обработка, связанная с устранением наружных и внутренних дефектов др.

Исследования показывают, что круг задач применения мобильных технологий постоянно расширяется, т.к. их использование обеспечивает наиболее рациональную по трудозатратам сборку, ремонт и обслуживание крупногабаритных агрегатов и машин. Использование этих технологий обеспечивает удлинение срока службы ответственных деталей без необходимости их демонтажа и замены, что приводит к снижению расходов на запасные части и на трудовые затраты [81,86,89,94].

Развитие новых мобильных технологий восстановления геометрической точности крупногабаритных деталей без их демонтажа базируется на фундаментальных положениях основ технологии машиностроения в разработку которых внесли крупный вклад основоположники технологии И.А.Тиме, А. П. Гавриленко А.П.

Соколовский, Б.С. Балакшин В.М. Кован, В.С. Корсаков.

Разработке способов управления точностью механической обработки и созданию новых технологий и методов обработки посвящены работы отечественных ученых Ю.М. Соломенцева, А.М. Кузнецова, А.В.Мухина, В. Г. Митрофанова, О.А. Новикова, Л.Г.Одинцова, А.Г.Суслова,

В.А.Тимирязева, Б.И. Черпакова и др.

Новые ремонтные технологии по восстановлению точности крупногабаритных деталей невозможны без применения современного, эффективного инструмента, обладающего требуемой стойкостью и долговечностью. Решению этих задач посвящены работы С.А. Васи на, В.А. Гречишникова, В.Я. Кершенбаума, В.А. Землянского и др [23,39,42,43,52,54].

Проведение восстановительной ремонтной обработки основывается на получении достоверной информации, характеризующей фактические отклонения параметров точности деталей и работоспособность узлов. Задачи метрологической оценки точности с использованием прямых и косвенных методов измерения, включая виброманиторинг, рассмотрены в работах Я.М. Радкевича, М.С. Островского, В.И. Телешевского и др.

Вопросам обработки крупногабаритных деталей машин посвящено ряд работ, выполненных в Белгородском государственном технологическом университете им В.Г. Шухова (БГТУ им. В.Г. Шухова) на кафедре «Технология машиностроения» [26,64,79,87,90,91,122]. В числе первых

следует отметить работы Н.А Пелипенко, посвящённые обработке крупногабаритных цилиндрических деталей, в которых рассматриваются вопросы формообразования поверхностей приставными станками[8,81].

В ряде случаев обработку деталей, например бандажей, приходиться выполнять при базировании их по обрабатываемой поверхности. Поэтому представляют интерес вопросы формообразования точности при бесцентровой обработке, которые были исследованы в работах, И.Д. Гебеля, А.Ф. Прохорова, Б.И. Черпакова [18, 28,29, 30].

Теоретической базой этих работ по бесцентровой обработке является использование для описания процесса формообразования цилиндрических поверхностей аппарата гармонического анализа, и в частности, рядов Фурье. С ущность этого метода основана на том, что многие сложные функции можно представить в виде тригонометрического ряда

/(х)=а0+

псоб пх + Ьп5т пх),

п=1

(1.1)

где хе(0+2л), а коэффициенты ап Ьп находят по формулам Эйлера -Фурье:

~ |/(*)8Ш пхсЬс

71 о

|/(х)со$дш&’

о

(1.2)

1 2п.

, (п=1,2,3,...)

При решении технологических задач, как правило, аналитическое выражение функции неизвестно, т.к. она обычно задаётся таблично или графиком. В этом случае коэффициенты находят одним из приближённых способов.

В работах Гебеля И.Д. [28,29] даны теоретические аспекты процесса бесцентрового шлифования цилиндрических деталей при их базировании на двух неподвижных опорах. Поверхность базы задаётся рядом Фурье. Считается, что отклонение радиуса детали от круглости к номинальному радиусу намного меньше единицы.

Считая, что опоры являются точечными, автор получает аналитическую зависимость колебания радиус - вектора обрабатываемой поверхности от указанных главных параметров.

Для того чтобы уменьшить перенос некруглости базы на обрабатываемую поверхность рекомендуется использовать многоступенчатые самоустанавливающиеся опоры.

Предлагаемый Гебелем И.Д. способ обработки деталей при их базировании на двух неподвижных опорах приемлем только для деталей малых размеров при условии сохранности неизменной формы базовых поверхностей. При обработке таких крупногабаритных деталей, как бандажи и опорные ролики вращающихся печей использование данного способа не возможно ввиду значительных размеров и массы этих деталей. При этом базирование этих деталей в процессе обработки осуществляется по обрабатываемой поверхности, точность которой в процессе обработки постоянно меняется.

Для учета влияния погрешности геометрической формы базовой поверхности при бесцентровом шлифовании колец подшипников на двух опорах профессор Прохоров А.Ф. предложил использовать передаточные отношения [18] вида:

эта-

эт + Р)

(1.3)

где /'/ и передаточные отношения, определяющие влияние

отклонений геометрической формы от первой и второй опоры на отклонения, формируемые в точке расположения режущего инструмента: а, р - углы, определяющие относительное расположение опор и режущего инструмента.

Кафедра «Технологии машиностроения» Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова на протяжении ряда лет занималась исследованием и разработкой новых технологий и оборудования по восстановлению геометрической точности крупногабаритных деталей печных и помольных цементных агрегатов. Решению этой проблемы посвящены работы Пелипенко Н.А., Богданова В.С., Бондаренко В.Н., Бондаренко Ю.А., Дуганова В.Я., Макогона И.С., Стативко А.А, Шрубченко И.В. и др.

В работах [85,86] исследовались параметры, влияющие на получаемую макроформу бандажа. Выявлено влияние габаритов, массы бандажа и расположение режущего инструмента относительно опор на процесс формообразования при бесцентровой лезвийной обработки.

В работах Шрубченко И.В. рассмотрена технология обработки бандажей цементных печей, содержащих гидроупоры и опоры скольжения.

При обработке опорных узлов Пелипенко Н.А рекомендует назначать глубину резания равной величине дефекта при обработке опорных роликов и по убывающей геометрической прогрессии при обработке бандажей[81]. Зависимость для назначения глубины резания, в последнем случае, имеет вид:

/ = Н/2к, (1.4)

где Н - максимальная величина исходного дефекта; к— номер совершаемого рабочего хода.

Это позволяет уменьшить влияние погрешности базирования крупногабаритных деталей на точность обработки

В работе Рязанова В.И. [112] получено дифференциальное уравнение, определяющее изменение положения бандажа при базировании его на двух опорных роликах в зависимости от изменения радиусов исходного контура в точках контакта с опорными роликами, т.е.

Ц=Р, + р: <1^2 , (1.5)

с!у (1у

где /151 и АБ2 - изменение длин дуг контура детали, соприкасающихся, соответственно, с первым и вторым опорными роликами при повороте детали на угол у;

Р) и Р2 - коэффициенты, учитывающие влияние размеров дефектов в точках контакта детали, соответственно, с первым и вторым опорными роликами на перемещение контура в плоскости резания.

Учитывая независимость влияния изменений радиусов детали в точках её контакта с опорными роликами на перемещение контура в плоскости резания, для решения данного уравнения использован метод суперпозиции, т.е.

11,= Р,^ ;

<*У

и2= Р2сШ2 ; (1.6)

с!у

и= и, + и2 .

Приведённые выражения предназначены для оценки отклонений геометрических параметров детали только в плоскости резания, что недостаточно для комплексного рассмотрения процесса формирования точности детали при бесцентровой обработки. Значительные погрешности геометрической формы бандажа, обусловленные особенностями технологии его изготовления, тесно связаны с геометрическими параметрами станка и оказывают существенное влияние на процесс формирования точности при бесцентровой обработке.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >