Что такое кривая аббота
Технологическая система удаления ликвидов с поверхностей деталей
Тщательная очистка рабочих полостей машин от производственных и эксплуатационных загрязнений предотвращает преждевременное изнашивание ответственных узлов деталей и агрегатов, резко увеличивает срок их безотказной работы, сокращает расходы на обслуживание и ремонт машин. В настоящий момент во всех промышленно развитых странах интенсивно ведутся разработки технологий и оборудования для отделки поверхностей и кромок деталей. Актуален этот вопрос и на территории постсоветского пространства, поскольку существующие сегодня методы не обеспечивают потребности отечественного машиностроения. Одной из основных причин такой ситуации является отсутствие комплексного подхода при построении технологических систем.
Развитые индустриальные страны более четверти века назад начали осуществлять переход от разработки разрозненных технологий и техники для их реализации к целостным технологическим системам, которые обеспечивают выполнение изделием функциональных задач в течение его эксплуатации. Технологическая система при этом не сводится к простой совокупности составляющих элементов и, рассматривая эти элементы в отдельности, без учета связей между ними, невозможно синтезировать рациональную систему, которая бы гарантировала производство высококачественной продукции при минимальных суммарных затратах всех этапов её жизненного цикла.
Неотъемлемым элементом технологических систем в производстве прецизионных механизмов являются отделочно-зачистные методы обработки поверхностей и кромок деталей. С конца шестидесятых годов по настоящее время в США, Японии, Германии и в других промышленно развитых странах интенсивно ведутся исследования технологий и оборудования для отделки поверхностей и кромок деталей. Об интенсивности работ в сфере зачистных, очистных и отделочных технологий в последние пятнадцать лет можно судить по нарастающему объему информации и по увеличению количества фирм, работающих в этом направлении. Например, в США за эти годы количество таких предприятий увеличилось в несколько раз (с четырех сот до более двух тысяч). За этот период количество отделочно-зачистных методов выросло с 70 до 120 и на порядок возросло число моделей оборудования для их реализации [Gillespie LaRoux K. Worldwide Trends of Burr Technology & Present Status in the U.S.A./ Gillespie LaRoux K.]. Существующие методы отделки, очистки, зачистки поверхностей и кромок деталей можно разделить, исходя из физико-химического воздействия на материалы при обработке, на пять групп.
Такое многообразие технологий свидетельствует об актуальности проблемы и в тоже время подчеркивает сложность ее решения. В Японии, Китае, Южной Корее и др. странах организованы специализированные научно-исследовательские центры по развитию отделочно-зачистных технологий. При этом группа отделочно-зачистных технологий рассматривается как неотделимая часть целостных технологических систем и на одном уровне с токарной, фрезерной и другими механическими видами обработки. Режимы механической обработки рекомендуют назначать с учетом последующей очистки кромок и поверхностей от ликвидов.
Однако, существующие сегодня методы не обеспечивают потребности отечественного машиностроения, поскольку узко специализированные технологии, разработанные под структуру машиностроительных предприятий стран западной Европы, США, Японии, где преобладают мелкие, специализированные фирмы, малоэффективны в условиях наших многономенклатурных производств. Особенностью отделочно-зачистных технологий является то, что они эффективны при обработке 100% деталей, входящих в автономные гидросистемы, агрегаты, узлы. Если останется необработанной хотя бы одна деталь, то рабочие жидкости разнесут технологические загрязнения по всем агрегатам изделия. При этом нарушается работа самых чувствительных к ликвидам элементов конструкции (золотниковых и плунжерных пар, подшипников, уплотнений и др.).
В СССР (1990-91годы) была предпринята попытка перехода от разрозненных исследований и разработок отделочных технологий и оборудования к целостной научно-технической программе, предусматривающую систематизацию знаний, стандартизацию оборудования, подготовку кадров в высшей школе и др. Но работы в этом направлении были прекращены с ликвидацией СССР.
Обеспечение высокого качества продукции отечественного машиностроения добиваются главным образом многостадийной доводкой технологических процессов по результатам изготовления, испытаний и эксплуатации изделий. Негативное влияние технологической наследственности сказываются в эксплуатации, вне производственного процесса. При таком подходе сочетание характеристик элементов технологической системы носит случайный характер, что значительно увеличивает срок освоения выпуска новой техники и делает его неопределенным. Наша промышленность практически не использует отделочно-зачистные технологии для комплексного решения проблемы обеспечения промышленной чистоты при изготовлении машин. Основными причинами такой ситуации являются: отсутствие комплекса технологий и оборудования, обеспечивающего в сложившейся структуре производств обработку 100% деталей автономных систем или машин; отсутствие квалифицированных кадров; низкий уровень качества выпускаемой продукции машиностроения.
Необходимость удаления ликвидов объясняют следующими причинами. При попадании в зазоры трущихся пар твердых металлических частиц происходит отказ гидравлических систем, связанный с заклиниванием распределительных и регулирующих устройств, а также повышается износ ответственных деталей, происходит затруднение при сборке и позиционировании, снижение усталостной прочности и т.п. Частицы заусенцев или материала инструментов, попадая в гидравлическую либо пневматическую систему, переносятся рабочей средой по всей системе, повреждают или нарушают работу наиболее чувствительных элементов: манжетных уплотнений, золотников, плунжерных пар, подшипников, зубчатых передач, деталей замков, клапанов и др. Заусенцы вызывают завихрения в потоке газа или жидкости, нарушая равномерность потока.
Кроме того, загрязнения рабочей жидкости изменяют ее свойства, что снижает смазывающие способности. Засорение фильтров приводит к кавитации в насосе, вспениванию и недостаточной подаче рабочей жидкости. Наличие металлических частиц способствует окислению смазки, образованию смолистых веществ, которые, осаждаясь на поверхностях, интенсифицируют процесс засорения фильтров, заращивания зазоров, что приводит к повышению давления в линии, вибрации машины, к снижению плотности соединений и утечкам жидкости. Все это сопровождается повышением температуры, снижением вязкости и приводит к уменьшению толщины масляной пленки [Жданов, А.А. Обеспечение качества гидротопливных агрегатов летательных аппаратов за счет новых технологий.]. Очевидно, что взаимовлияющие процессы, происходящие в гидравлических системах машин, при нарушении условий работы приводят к усилению негативных явлений.
Тщательная очистка рабочих полостей машин от производственных и эксплуатационных загрязнений предотвращает преждевременное изнашивание ответственных узлов деталей и агрегатов, резко увеличивает срок их безотказной работы, сокращает расходы на обслуживание и ремонт машин. По статистике до 50% всех отказов гидравлических систем самолетов, связанных с выходом из строя насосов, заклиниванием распределительных и регулирующих устройств, повышенным износом ответственных деталей происходит по причине технологических загрязнений. При обеспечении чистоты поверхностей деталей и рабочих полостей машин ресурс может быть увеличен в 2…3 раза.
Проблема высокоэффективной очистки деталей и рабочих полостей агрегатов и систем машин вследствие своей сложности требует комплексного решения. Например, при обработке сложнопрофильных корпусов гидравлических агрегатов (рис.1) с применением обрабатывающих центров, использующих различные инструментальные системы, выбор метода удаления ликвидов осложняется тем, что точение, фрезерование, сверление и другие методы механической обработки образуют разные виды ликвидов. Для их удаления требуются либо узко специализированные методы (более 10) и соответствующее оборудование, либо один или два универсальных. В их число входят термохимический и термоимпульсный методы, роль инструмента в которых выполняют детонирующие газовые смеси.
Но в этом случае необходимо согласовать характеристики элементов технологической системы для обеспечения стабильности и предсказуемости геометрических параметров ликвидов после разных видов механической обработки и выполнения отделочно-зачистных операций. Важно, кроме всего прочего, определить источники технологических загрязнений в течение жизненного цикла изделия, знать природу их образования и к каким негативным последствиям они могут привести. Ниже кратко приведены результаты исследований влияния технологической наследственности на образование и удаление ликвидов.
Гранулометрический анализ твердых частиц, обнаруженных в рабочих жидкостях агрегатов летательных аппаратов, позволил выявить, что доминирующими являются металлические. Разброс размеров металлических частиц от сотых долей до 200 мкм. Наиболее массовый размер частиц (более 90%) – менее 5 мкм. Исследования поверхностей деталей после всех видов механической обработки, в основу которых положены процессы резания, позволили выявить образование ликвидов, как на кромках, так и на поверхностях деталей. Размеры металлических частиц и микрозаусенцев на поверхностях соизмеримы с величиной их шероховатости.
В начальный период эксплуатации происходит постепенное увеличение концентрации частиц малой величины (на порядок и более) в рабочих жидкостях. Статистика отказов показывает, что основная доля приходится на превышение норм массовой концентрации. По данным экспериментальных исследований влияние чистоты рабочих жидкостей на отказ золотниковых агрегатов и гидронасосов (с учетом изменения массовой концентрации частиц Рис.3 Профилограмма (а) и кривая Аббота-Файерстоуна (б)
В работах профессора Барона Ю.М. и его учеников исследованы процессы образования заусенцев при резании металлов и влияние геометрии режущего инструмента на технологические параметры. В работах профессора Петрова В.И. исследованы инструментальные системы, в которых рассмотрены факторы (более 50), влияющие на вибрацию и стойкость режущих инструментов. Исследования поверхностей образцов и деталей после различных видов механической обработки, выполненные нами, хорошо согласуются с исследованиями выше упомянутых авторов.
Лосев А.В., канд. техн. наук,
Бычков И.В., доктор техн. наук,
Планковский С.И., доктор техн. наук
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Аббота
На основе теоретической предпосылки о том, что большинство технических поверхностей имеет профиль со спорадическим распределением неровностей, было принято решение в качестве критерия шероховатости выбрать среднее квадратическое отклонение неровностей от средней лгнии профиля, которое в профилометре непосредственно отсчитывалось по циферблату. Выпуск в обращение профилометра Аббота предопределил выбор критерия для классификации шероховатости поверхности в США, и выпущенный в 1940 г. американский стандарт ASA B46 фактически ориентировался на широкое использование этого прибора. Однако за основу классификации технических поверхностей в стандарте был принят профиль поверхности безотносительно к тому, каким методом он выявлен, и, следовательно, формально для оценки чистоты поверхности можно было пользоваться не только щуповыми приборами. [33]
Измерения осуществлялись оптическим и щуповым методами в нескольких местах поверхности образца, и за показания приборов принимались средние из полученных значений. В табл. 23 дается сопоставление показаний профилометров КВ-7 и Аббота с данными оптического метода, а на фиг. [36]
Больной Чезельдена говорил, что ему казалось, будто все предметы прикасались к его глазу, что несовместимо с восприятием и оценкой расстояния. Нечто подобное говорили и другие пациенты, и хотя различными объяснениями усердно старались отнять значение у этих наблюдений см. Аббот Зрение и осязание, гл. X), однако самая необходимость таких объяснений уничтожает возможность, чтобы эти опыты были действительными доказательствами инстинктивности восприятия расстояния. [38]
Их результаты хорошо иллюстрируют технику исследования смешанных кристаллов, использование поляризованного излучения и проведение отнесения на основании различий дипольных моментов переходов по разным направлениям. Работа Аббота и Эллиота [1 ] по ацетанилиду также демонстрирует возможности использования данных по дихроизму для объяснения структуры кристалла. Ниже мы обсудим несколько подробнее исследования нормальных парафинов, полимеров и бензола, который представляет особый случай. [40]
Малая наука о поверхности
Истинная поверхность (поверхность заготовки): отделяет тело от окружающей его обстановки. (DIN EN ISO 4287)
Параметры определяются, если не указано ничего иного, на отдельном участке измерения. Результаты рассчитываются как средние значения нескольких участков измерения. Для параметров шероховатости пять участков измерения являются стандартом. Для кривых и относящихся сюда параметров (напр., доля материала) положены в основу данные измерения по всему участку измерения. (DIN EN ISO 4288)
Средние значения шероховатости Ra, R DIN EN ISO 4287, ASME B46.1
Z(x) = значения профиля шероховатости.
 |
Единичная высота неровностей Rzi
— это сумма наибольшей высоты неровностей профиля и глубины наибольшей впадины профиля шероховатости в пределах единичного участка измерения (1г).
Максимальная высота неровностей
Специальный метод отфильтровывания с подавлением канавок даёт профиль шероховатости по 13565-1. Специальная сглаживающая прямая на кривой Эббота делит кривую на две области, из которых определяются параметры по 13565-2:
основная высота неровностей ядра
уменьшенная высота вершин Rpk
— это усреднённая высота выступающих из основной области вершин;
уменьшенная глубина канавок Rvk
— это усреднённая глубина выступающих из основной области канавок.
Мr1 und Мr2 обозначают наибольшую и наименьшую долю материала профиля шероховатости.
Хонингование цилиндров: качество по разумной цене!
АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук
Читатели, наверняка, заметили, что к теме ремонта блока цилиндров мы обращаемся довольно часто. Что совершенно неудивительно: блок — основа двигателя, и от качества его ремонта напрямую зависит надежность и долговечность всего агрегата при последующей эксплуатации.
Наша последняя статья на эту тему (см. № 12/2001) вызвала, судя по откликам, большой интерес и полемику среди специалистов, особенно в части сравнения отечественного и импортного оборудования для хонингования. Что, естественно, побудило нас продолжить разговор.
Казалось бы, что хороший импортный хонинговальный станок — это лучшее решение для любой мастерской, занимающейся ремонтом двигателей. Мы однозначно «двумя руками» за оснащение отечественных ремонтных предприятий самым лучшим и современным оборудованием. И тем не менее, выскажем некоторые… нет, не сомнения, просто соображения. Информацию к размышлению, если хотите.
Должна ли экономика быть экономной?
Ранее мы отметили, что на импортном хонинговальном оборудовании чаще всего реализуется схема «прямого» хонингования, без предварительной операции расточки цилиндра. Этот способ предполагает высокую производительность станка — блок можно «расхонинговать» в ремонтный размер 0,5 мм всего за полчаса. Если говорить о геометрии цилиндра (эллипсность, конусность и т. д.), то припуск на хонингование не имеет значения, более важны параметры инструмента — хонинговальной головки, установленной на станке. Однако, мы это особо подчеркиваем, достичь точного взаимного расположения цилиндров и постелей коленчатого вала «прямым» хонингованием без предварительной расточки — дело бесперспективное, и такая методика, мягко говоря, не выдерживает никакой критики.
Тогда почему же так делают? Тоже понятно. С одной стороны, так проще и быстрее, с другой — далеко не все блоки, требующие ремонта, настолько «кривые», чтобы их деформация повлияла на результат ремонта. Но главное, на наш взгляд, дело не в технике, а в экономике. Судите сами.
Импортный станок любой фирмы — вещь дорогостоящая. Цены колеблются в зависимости от модели и фирмы-изготовителя, но думаем, что не ошибемся, назвав сумму 50000 долл. США средней ценой хорошего станка.
Теперь о ценах на ремонт блоков. Их разброс — от 400 рублей за ВАЗовский блок до 1200 рублей за четырехцилиндровый «иномарочный». Поскольку спрос на ремонт ВАЗовских блоков выше, возьмем среднюю цифру — около 20 долл. США.
А сколько блоков можно сделать в день? Для стабильно работающего предприятия реальна средняя цифра — 8—10 шт. в день.
Допустим, что половина дохода от ремонта блоков идет на зарплату, налоги и разные накладные расходы. Тогда, вооружившись калькулятором, легко рассчитаем приблизительный срок окупаемости станка — более х лет!
Что означает полученная цифра? Все очень просто: для предприятия, купившего импортный станок, альтернативы быстрой технологии «прямого» хонингования нет, иначе вложенных денег в скором будущем не вернуть. Да и после того, как станок уже окупился, хотелось бы зарабатывать «побольше и побыстрее». Обычно так и делают, не особо вдаваясь в аспекты качества ремонта блоков.
Естественно, ремонт блоков с предварительной расточкой — процесс более долгий, его производительность ниже, по меньшей мере, процентов на 30—40. Но именно при такой, более «правильной», технологии ремонта блоков отечественные станки становятся вполне достойными конкурентами именитым «иностранцам». В первую очередь, по качеству ремонта и по окупаемости — ведь их цена раз в 5—10 ниже, чем «среднеимпортного» станка. В то же время нельзя не отметить, что импортный станок — это удобство в работе, высокая надежность и долговечность, с чем любому из «наших» трудно тягаться.
Хонингование и хонингование
Проводя сравнительный анализ достоинств и недостатков различных станков, мы нашли существенные различия там, где, казалось бы, никакой разницы не должно быть — в конечном результате, в микропрофиле поверхности после обработки. Даже учитывая то, что сам хонинговальный инструмент (хонголовки и абразивные бруски) во всех случаях одинаков.
Результат очень интересный и заслуживает подробного описания. Многие из эксплуатируемых в России иностранных станков оснащены кривошипно-шатунным приводом вертикальной подачи шпинделя и хонголовки. Число оборотов шпинделя — величина постоянная, запомним это.
Попробуем связать скорость подачи шпинделя и его частоту вращения с помощью математического аппарата, учитывая при этом, что вертикальное перемещения шпинделя станка (h) зависит от угла поворота кривошипа (f). В общем виде формула, позволяющая приблизительно рассчитать вертикальное перемещение шпинделя, выглядит так:
где S — полный ход шпинделя.
Из нее, после дифференцирования по времени, легко найти текущую скорость перемещения шпинделя v:
— где w — угловая скорость вращения кривошипа.
Очевидно, скорость перемещения шпинделя изменяется по синусоидальному закону и достигает своего максимума (vmax = w S/2) в середине полного хода шпинделя (h = S/2). Само же уравнение (2) приобретает следующий вид:
Из формулы (1) следует, что
Отсюда, вспомнив, что sin2 f+cos2 f=1, выводим значение синуса угла поворота кривошипа:
sin f = 2 (h/S (1 — h/S)) (5)
Тогда формула (3), связывающая текущую скорость перемещения шпинделя с его максимальной, приобретает вид:
Путем таких преобразований мы сумели «избавиться» от угла поворота кривошипа, связав текущую скорость перемещения шпинделя с величиной его вертикального перемещения.
Переведем дух и проанализируем смысл полученной формулы (6).
Очевидно, что в верхнем и нижнем положениях шпинделя скорость его перемещения v равна нулю и достигает своего максимума при h=S/2
Частота вращения шпинделя (пшп) постоянна, но линейная скорость (u) хонинговального инструмента зависит от диаметра обрабатываемого цилиндра. Эти величины связаны следующим уравнением:
где D — диаметр цилиндра.
Тогда угол хонингования (а) находится по следующей формуле:
в которой значения скоростей v и u определяются формулами (6) и (7).
Подставляя их, получаем:
Таким образом, угол хонингования (a) не остается постоянным, а при указанных режимах хонингования изменяется от значения, равного 0° в крайних положениях шпинделя, до максимального — в середине его хода, где h=S.
Что это означает на практике? На зеркало цилиндра наносят риски, расположенные не только под заданным углом хонингования: в верхней и нижней зонах цилиндра угол хонингования меньше. А это резко изменяет результат — риски, пересекающиеся под различными углами, разрушают поверхностный слой металла, а в месте их пересечения не образуется идеальный микропрофиль поверхности. Другими словами, качество поверхности, мягко говоря, не лучшее.
Идеальный МИКРОПРОФИЛЬ на… отечественном станке
Поговорим теперь о результатах хонингования с использованием отечественных станков. К примеру, довольно старый станок модели ЗГ833 оснащен иным типом привода вертикальной подачи шпинделя — это реечный механизм с двумя фрикционными электромагнитными муфтами. Такая конструкция обеспечивает постоянную вертикальную скорость перемещения шпинделя и практически мгновенное изменение направления его движения в крайних точках.
В такой конструкции линейная скорость инструмента и скорость перемещения шпинделя постоянны:
Следовательно, и угол хонингования не меняет своего значения:
Шутка шуткой, а этот далеко не «суперстанок» по сравнению с навороченными иностранными образцами позволяет получать почти идеальный микропрофиль поверхности — отличия видны даже невооруженным глазом.
Конечно, мы отдаем себе отчет, что конструктивное исполнение станка во многом оставляет желать лучшего: здесь специалисту средней квалификации уже не достаточно просто нажимать кнопки — необходим большой опыт и своего рода «чувство» станка и металла. Одноко игра, по нашему мнению, стоит свеч — при сегодняшней остроте конкуренции в области автосервисных услуг качество работы выходит на первый план. Хотя, конечно, встает законный вопрос: дает ли разница в микропрофилях, полученных на отечественном и иностранном оборудовании, столь же ощутимую разницу в износе деталей и их ресурсе? Ответ на него требует дополнительных исследований.
