Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет УПИ

Нижнетагильский технологический институт (филиал)

подготовка доклада к защите выпускной квалификационной работы

Методические указания для студентов всех форм обучения специальностей 151001-Технология машиностроения,

150404-Металлургические машины и оборудование

Нижний Тагил

2006

УДК 621:65.015.13

Составитель канд. техн. наук., доцент Т.М. Гаврилова

Научный редактор доктор техн. наук, проф. В.Ф. Пегашкин

подготовка доклада к защите выпускной квалификационной работы: Методические указания / Т.М. Гаврилова. Нижний Тагил: НТИ(ф) УГТУ-УПИ, 2006. 25 с.

Настоящие указания предназначены для студентов всех форм обучения, выполняющих курсовые проекты и выпускную квалификационную работу на кафедре «Общего машиностроения» и призвано оказать методическую и практическую помощь при разработке и последовательности построения доклада на их защитах.

Ó Нижнетагильский технологический

институт (филиал) УГТУ-УПИ,

кафедра общего машиностроения, 2006г.

содержание

СТР.

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………..…...4

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДОКЛАДА…………………………………………......4

2. СОДЕРЖАНИЕ ДОКЛАДА И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ЕГО ИЗЛОЖЕНИЯ НА ЗАЩИТЕ (ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ)…….…...5

3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЗМЕЩЕНИЮ ЧЕРТЕЖЕЙ

И ПЛАКАТОВ ВО ВРЕМЯ ЗАЩИТЫ ПРОЕКТОВ………………………..8

4. ФОРМА ПОДГОТОВКИ И МЕТОДИКА ИЗЛОЖЕНИЯ ДОКЛАДА….8

5. ПРИМЕРЫ ИЗЛОЖЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ЧАСТЕЙ ДОКЛАДА……….9

5.1. Выпускная квалификационная работа

с технологической тематикой…………………………………………..9

5.2. Выпускная квалификационная работа

с конструкторской тематикой…………………………………………..9

5.3. Выпускная квалификационная работа

с научно-исследовательской тематикой……………………………...16

ВВЕДЕНИЕ

Выполнение курсовых проектов (работ), выпускной квалификационной работы (ВКР) занимает важное место в подготовке высококвалифицированных и технически грамотных специалистов-инженеров, являясь решающими контрольными и итоговым этапами всей учебной деятельности студента в образовательном учреждении высшего профессионального образования.

При выполнении курсовых проектов (работ), ВКР студент должен использовать все необходимые руководящие материалы и указания в соответствующих учебниках и учебных пособиях, научно–технической литературе, справочниках, периодических изданиях, материалах проектных и научно–исследовательских институтов, опыт промышленных предприятий и др.

Однако курсовой проект (работа), выпускная квалификационная работа, какими бы актуальными, досконально проработанными и совершенными они не были, какой бы степенью оригинальности и новизной технических, организационных, экономических решений не обладали, во многом снижается впечатление об инженерной эрудиции студента, если он не научился владеть методикой четкого и ясного изложения существа защищаемых положений проекта или ВКР.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДОКЛАДА

Цели и задачи доклада заключаются в умении кратко, ясно и четко в установленное для защиты время изложить сущность и основные, значимые положения курсового проекта (работы) или ВКР, элементов их новизны, подчеркнув при этом все то, что предложено, исследовано или разработано самим студентом. В докладе кратко излагается содержание проекта, обосновываются принятые им решения, характеризуется реальность работы и эффективность от ее применения.

На доклад отводится не более 10…12 минут. После доклада члены государственной аттестационной комиссии (ГАК) задают студенту вопросы, как по содержанию проекта, так и с целью проверки его общетехнических и специальных знаний.

По докладу и ответам на вопросы комиссия судит о широте кругозора студента, его эрудиции, умении публично выступать, и аргументировано отстаивать свою точку зрения.

2. СОДЕРЖАНИЕ ДОКЛАДА И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ЕГО ИЗЛОЖЕНИЯ НА ЗАЩИТЕ (ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ЗАЩИТЕ)

Тему доклада оглашает секретарь государственной аттестационной комиссии.

Доклад рекомендуется составлять в указанной последовательности:

1. Указать цель выполнения курсового проекта или ВКР, его (её) характер (носит ли тема проекта характер технологических или конструкторских разработок деталей (сборочных единиц) вновь проектируемых, осваиваемых на базовом предприятии конструкций; прикладных или экспериментальных исследований).

2. Дать краткое описание конструкции и назначения детали или сборочной единицы (назначения самой детали или сборочной единицы, основных ее поверхностей, влияния их взаимного расположения, точности и чистоты обработки на качество работы механизма, для которого изготовляется деталь; из описания назначения и конструкции детали должно быть ясно, какие поверхности и размеры имеют основное решающее значение для служебного назначения детали и какие – второстепенное; кроме того, желательно высказать свои соображения относительно правильности выбора конструкторских баз, материала для данных условий работы детали в узле, целесообразности его замены другими марками и какими именно).

3. Произвести анализ технологичности конструкции заданной детали или сборочной единицы (привести критическую качественную и количественную оценку технологичности конструкции заданной детали и перечислить свои предложения, направленные на ее улучшение, если таковые необходимы и разработаны самим студентом).

4. Предоставить технико–экономическое обоснование вариантов получения заготовки (критически проанализировать целесообразность выбранного метода получения заготовки в базовом варианте и на этой основе изложить свои предложения с обязательным экономическим обоснованием по использованию более совершенного метода, применяя техническую литературу, а также работы по прогрессивной технологии получения таких же или аналогичных заготовок, рациональность метода получения заготовки для данного масштаба производства).

5. Критически проанализировать действующий (базовый), технологический процесс и причины брака при обработке изделия (пояснить, на каких этапах технологического процесса достигаются те или иные технические требования, сравнить существующий на данном предприятии технологический процесс с процессами обработки аналогичных деталей на передовых отечественных и зарубежных предприятиях, дать оценку применяемых режущих инструментов, станков, приспособлений; если при изготовлении наблюдается брак, пояснить, на каких операциях обработки он возникает, виды брака по данным ОТК, причины их возникновения и методы предупреждения).

6. Обосновать целесообразность составленного и защищаемого проектного варианта технологического процесса, выбора типа оборудования, режущего инструмента и технологических баз, приспособлений и др. (перечислить и обосновать все внесенные в проект новые оптимальные варианты технических решений, направленные на совершенствование технологического процесса, оптимизацию режимов обработки, повышение стойкости режущего инструмента и быстродействия станочных и контрольно-измерительных приспособлений, оптимизацию выбора СОЖ, механизацию я автоматизацию ручных слесарных и зачистных операций, повышение качества обрабатываемых поверхностей и т.д.).

7. Предоставить пояснения по планировке цеха или проектируемого участка (каковы особенности планировки, механизации сбора и транспортировки стружки, выбора подъемно–транспортных устройств, средств межоперационного транспортирования деталей и т.д.).

8. Обосновать целесообразность модернизации существующих конструкций технологической оснастки с точки зрения повышения их производительности, точности, безопасности или др.

В докладе необходимо привести описание:

Þ спроектированных конструкций станочных приспособлений и основные принципы их работы, обоснование принятых решений при проектировании;

Þ конструкций контрольных приспособлений, методов и способов измерения, обоснование их выбора;

Þ конструкций специального режущего инструмента, представить обоснование её выбора, а также выбора инструментального материала, его твердости, метода термической обработки, геометрических параметров инструмента, метода контроля профиля инструмента после его шлифовки и заточки, оценку стойкости режущего инструмента;

Þ спроектированных конструкций средств механизации и автоматизации, приборов, стендов для испытаний и исследований, привести основные принципы их работы, обоснование принятых решений при проектировании.

В докладе должны быть выполнены ссылки на соответствующий раздел пояснительной записки, в котором проведенные расчеты по конструкторской части проекта с указанием конкретных видов осуществлённых расчетов по каждой конструкции.

9. При наличии в ВКР специальной части показать её роль и место в технологическом процессе обработки детали (указать значение разработанной специальной части проекта в совершенствовании технологии обработки детали, связана ли она непосредственно с темой проекта, является ли ее органической частью, какова глубина и широта патентного поиска по теме специальной части (если таковая была проведена), каковы особенности специальной части проекта, какие конкретные изменения вносятся в технологию изготовления детали на основе спецчасти проекта, что это дает с точки зрения эффективности процесса, выводы).

10. Перечислить основные технико–экономические показатели защищаемого проекта (на какую величину снизились себестоимость продукции по защищаемому варианту, показатели по трудоемкости, срока окупаемости вводимых усовершенствований, назвать величину общего экономического эффекта).

11. Указать задачи, решенные в разделах «Безопасность жизнедеятельности», «Природоиспользование и охрана окружающей среды».

12. Произнести фразу: «Доклад закончен».

3. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАЗМЕЩЕНИЮ ЧЕРТЕЖЕЙ

И ПЛАКАТОВ ВО ВРЕМЯ ЗАЩИТЫ ПРОЕКТОВ

Все плакаты и чертежи рекомендуется нумеровать цифрами 1, 2, 3 и т.д. (на каждый лист с чертежами, графиками, схемами, фотографиями или таблицами в левом верхнем углу скрепками крепится квадратная картонка размером 50´50 мм с указанием цифры).

Размещать плакаты следует в последовательности изложения доклада:

Плакат № 1 – чертеж детали (сборочной единицы).

Плакат № 2 – чертеж заготовки.

Примечание: возможно размещение чертежей детали и заготовки на одном листе.

Плакаты № 3, 4, 5 – иллюстрации технологического процесса и наладки на операции

Плакаты № 6, 7 – размерный анализ.

Плакат № 8 - планировка цеха.

Плакаты № 9, 10, 11 – чертежи технологической оснастки (оборудования, стендов, станочных или контрольно-измерительных приспособлений, специального режущего инструмента).

Плакат № 12 – специальная часть (при наличии; в том числе графики, схемы, рисунки, таблицы, фотографии).

Плакат № 13 – технико–экономические показатели.

Примечание: количество и содержание плакатов определяются тематикой ВКР и согласовываются с руководителями проекта.

4. ФОРМА ПОДГОТОВКИ

И МЕТОДИКА ИЗЛОЖЕНИЯ ДОКЛАДА

Доклад рекомендуется предварительно написать, отредактировать и заучить. Затем, развесив плакаты в указанной выше последовательности, прорепетировать доклад в увязке с демонстрацией чертежей, графиков, таблиц, схем, фотографий, моделей, образцов и т.д. таким образом, чтобы уложиться в отведенные для этого 10…12 минут.

Генеральной репетицией и проверкой готовности проектанта к защите выпускной квалификационной работы (курсового проекта) является предварительная защита, организуемая комиссией кафедры для дипломников.

5. ПРИМЕРЫ ИЗЛОЖЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ ЧАСТЕЙ ДОКЛАДА

5.1. Выпускная квалификационная работа с технологической тематикой

Вариант № 1.

Для выполнения выпускной квалификационной работы была предложена деталь «Корпус ступицы» (показать плакат № 1).

На базовом предприятии данная деталь изготовляется из ковкого чугуна КЧ 37-12 литьем, поэтому конфигурация наружного контура и внутренних поверхностей не вызывает значительных трудностей при получении заготовки, чертеж которой представлен на плакате № 2 (показать плакат № 2). Тем не менее, даже при этом формовка должна производиться с применением стержней, формирующих как внутренние полости, так и карманы, и ребра с боковых сторон. Нетехнологично изготовление в отливке четыре отверстия диметром 10 мм. Эти элементы определяются конструктивными соображениями, и изменить их затруднительно.

То же самое относится и к внутренним обрабатываемым поверхностям Æ 120^+0,05 и Æ 150^+0,04 (показать поверхности на плакате № 1). Эти отверстия должны быть выполнены в пределах указанных отклонений и концентричны с точностью до 0,04 мм. Единственным способом достижения указанной точности является окончательная расточка отверстий на алмазно-расточном станке. При этом в какой-то мере нарушается точность их взаимного расположения относительно наружного диаметра Æ 165_-0,045 (показать поверхность на плакате № 1), так как именно этот диаметр используется в качестве установочной базы. Этим и обуславливается второй пункт технических требований относительно необходимости окончательной обработки конструктивных баз после запрессовки колец подшипников.

Нетехнологичны в данной конструкции цековки Æ 30 мм (показать поверхности на плакате № 1), так как здесь затруднен свободный доступ инструмента. Поэтому необходимо применять инструменты с удлинителями. Кроме того, наружным диаметром эти цековки выходят на наружный диаметр детали, что приводит к образованию острых кромок и необходимости введения в технологический процесс слесарно-зачистных операций ручной обработки.

В остальном деталь достаточно технологична, допускает применение высокопроизводительных режимов обработки, имеет хорошие базовые поверхности для установки на первоначальных операций и довольно проста по конструкции. Расположение крепежных отверстий как резьбовых, так и гладких (показать поверхности на плакате № 1) допускает многоинструментальную обработку. Поверхности вращения, могут быть обработаны на многошпиндельных станках.

В пояснительной записке проекта приводится расчет припусков расчетно-аналитическим методом на поверхности (показать поверхности на плакате № 1), для остальных поверхностей минимальные припуски определены по таблицам и рассчитаны в ходе выполнения размерного анализа.

Иллюстрации и наладки на операции проектного варианта технологического процесса показаны на плакатах № 3, 4 и 5 (показать указкой плакаты). Критический подход к анализу базового варианта технологического процесса позволил внести следующие технологические корректировки и технические решения в проектном варианте (показать на плакатах № 3, 4 и 5; перечислить).

На плакатах № 6 и 7 (показать указкой плакаты) представлен размерный анализ линейных и диаметральных размеров, расчет размерных цепей которого осуществлялся методом «максимума-минимума» и приведен в пояснительной записке. На основании расчетов можно сделать вывод, что выбранная последовательность и применяемые методы обработки, принятые технологические базы, точность использованного оборудования обеспечивают выполнение годной детали (обеспечивают изготовление детали с заданной точностью).

На плакате № 8 (показать указкой плакат) изображена планировка участка цеха. Особенностью планирования участка механической обработки детали «Корпус ступицы» является следующее (перечислить).

На плакатах № 9, 10 и 11 представлены чертежи станочных и контрольно-измерительных приспособлений (показать указкой плакаты). Особенностью конструкций этих приспособлений является проведенная в проекте их модернизация с целью повышения быстродействия зажимных элементов. Так, были заменены винтовые зажимные элементы ручного действия на пневматические (показать на плакатах № 9, 10 и 11 модернизированные в проекте элементы приспособлений). Необходимые расчеты точности установки детали в приспособлении, силовой и прочностной расчеты подробно приведены в пояснительной записке.

Из заводской практики и наших наблюдений известно много случаев образования прижогов при шлифовании отверстий корпуса ступицы, что недопустимо по условиям ее эксплуатации. Учитывая это обстоятельство, в специальной части проекта была поставлена задача, найти способы оптимизации процесса шлифования ковких чугунов. Изучив патентную и специальную литературу, пришли к выводу об использовании на операциях шлифования абразивных кругов с прерывистой рабочей поверхностью.

Особенности прерывистого абразивного шлифования более подробно раскрыты в специальной части пояснительной записки, имеющейся у членов комиссии на руках, и частично представлены на плакате № 12 (показать указкой график на плакате № 12), где приводится зависимость измерения микротвердости шлифования поверхности от глубины резания в случае применения обычных (сплошных) и прерывистых кругов. Из графика видно, что резкое падение твердости поверхностного слоя наблюдается в случае применения сплошных абразивных кругов. Это обстоятельство связано с большим выделением тепла в зоне шлифования и структурных изменений в металле. На плакате № 12 (показать указкой график на плакате № 12) также приводятся зависимости изменения температуры от скорости и глубины шлифования. Как следует из характера кривых этих зависимостей, и здесь наблюдается общая тенденция положительных свойств прерывистых кругов, связанных с меньшим выделением тепла в случае их применения, по сравнению со сплошными при тex же условиях шлифования. Таким образом, проведя анализ положительных свойств кругов, с достаточной долей уверенности можно рекомендовать этот инструмент в проектном варианте технологического процесса, что может резко уменьшить брак по шлифовочным трещинам и прижогам, повысить производительность обработки на операциях шлифования.

На плакате № 13 (показать указкой плакат № 13) приводятся основные технико-экономические показатели работы участка. Из представленных данных можно заключить, что в результате изменений, внесенных в проектный вариант технологического процесса, а также принятых технологических решений повышается производительность труда и снижается технологическая себестоимость детали с 1,4 руб. в базовом варианту до 1,05 руб. в проектном; общий годовой экономический эффект выражается суммой в 25450 рублей.

13. В пояснительной записке также приведено описание конкретных мероприятий, предусматривающих предупреждение несчастных случаев на производстве, и указаны противопожарные мероприятия от возможного воздействия светового излучения ядерного взрыва и вторичных причин, разработанных с необходимыми расчетами и пояснениями в разделах «Безопасность жизнедеятельности», «Природоиспользование и охрана окружающей среды».

Доклад закончен.

Вариант № 2.

Вал – деталь двухскоростной коробки передач, служит для включения передачи колесного экскаватора (показать указкой плакат № 1). Изготовлен из стали 40Х, которая применяется для изготовления деталей, работающих при средних скоростях и средних удельных давлениях.

С точки зрения достижения заданной точности деталь технологична, так как она не имеет особовысокоточных труднодостижимых размеров и классов шероховатости. На детали имеется технологическая канавка для выхода долбяка при нарезании наружного зубчатого венца (показать канавку на плакате № 1).

При изготовлении заготовки для детали «Вал» в условиях среднесерийного типа производства используется метод горячей объёмной штамповки на КГШП с последующей прошивкой отверстия в специальном штампе на молоте. Это позволяет получить заготовку с меньшими припусками на обработку по сравнению с базовым вариантом, где для получения заготовки использовалась ковка на молоте (показать заготовку на плакате № 2). Термообработка заготовки производится с целью снижения твердости и улучшения обрабатываемости, что позволит снизить трудоёмкость её обработки.

На плакатах № 3 и 4 (показать указкой плакаты № 3 и 4) представлены иллюстрации зубофрезерной и зубодолбёжной операций технологического процесса.

Нарезание наружного зубчатого венца Æ 230 мм осуществляется на зубодолбёжном полуавтоматах дисковыми долбяками из быстрорежущей стали Р6М5 (показать зубчатый венец на плакате № 3).

Нарезание наружного зубчатого венца Æ 340 мм осуществляется на зубофрезерном полуавтоматах специальной червячной из быстрорежущей стали Р6М5 (показать зубчатый венец на плакате № 4).

На данном плакате (показать указкой плакат № 5) представлена наладка черновой токарной операции, выполняемой на токарном многорезцовом полуавтомате 1П756ДФ3. Деталь зажимается в клинорычажном двухкулачковом патроне. Для обработки наружных и внутренних поверхностей, в замен резцов из быстрорежущей стали, применяемых в базовом варианте, используются резцы с многогранными сменными пластинами из твердого сплава Т15К6. Эти пластины обладают высокой стойкостью режущей кромки, способностью работать с большими скоростями и оснащённы стружколомающими канавками и износостойким покрытием (все перечисляемые элементы показать на плакате № 5).

Для обработки канавок (показать канавки на плакате № 5) используется резец с напайной пластиной из сплава Т15К6. Резец имеет специальную заточку с канавкой для стружколомания так как сливная стружка здесь не допускается.

В ходе дипломного проектирования был выполнен линейный и диаметральный размерные анализы (показать указкой плакаты № 6 и 7). Расчеты размерных цепей произведены по методу «максимума - минимума». Данный метод позволяет решить задачу по обеспечению заданных на чертеже размеров, технических требований и назначить минимально необходимые припуски на механическую обработку, а, следовательно, получить минимальные размеры заготовки. Проведённые расчёты подтверждают правильность выбора схем базирования, последовательности обработки детали и выполнения технических требований чертежа.

На данном плакате показан участок механической обработки детали (показать указкой плакат № 8). Детали транспортируются из заготовительного цеха в механический автотранспортом в специальной таре. Разгружается мостовым краном на специальное место для складирования заготовок. Оборудование расположено по ходу технологического процесса так, чтобы грузопоток не пересекался. На операциях с применением многостаночного обслуживания оборудование расположено таким образом, чтобы переход от станка к станку занимал минимум времени. Циклограмма многостаночного обслуживания наглядно показывает возможность обслуживания одним рабочим 2-х и 3-х станков на зубофрезерных операциях. Токарные станки, на которых удаляется максимальное количество стружки, расположены возле транспортера стружки шнекового типа. Средняя загрузка оборудования составляет 97% (все перечисляемые элементы планировки показать на плакате № 8).

Приспособление, представленное на плакате № 9 используется для контроля выполняемого размера на операции круглого шлифования (показать указкой плакат № 9).

Прибор активного контроля крепится к кронштейну поз. 14 на три винта, положение его на станке фиксируется индикатором часового типа поз. 50. Установка детали производится в центрах станка, при этом прибор отводится в лево, движение осуществляется при помощи скалки. После установки детали прибор выставляется по оси детали с помощью измерительных губок поз. 7 с опорой на упор поз. 19. Натяг измерительных губок осуществляется пружиной поз. 16. Для настройки прибора при шлифовании деталей меньшего диаметра существует нониус поз. 17; фиксирование (настройка) нужного размера происходит за счет планки поз. 18. Планку поз. 18 фиксирует регулировочный винт поз. 37.

Показания размеров шлифованной поверхности передается пружиной поз. 16, за счет подвижной губки поз. 7 на индикатор поз. 50 (все перечисляемые элементы приспособления показать на плакате № 9).

Приспособление является средством активного контроля, которое обеспечивает автоматическое показание величины выполняемого размера, рабочему не обязательно снимать деталь и производить измерение детали при обработке на круглошлифовальном станке.

В разработанном в ходе выполнения проекта зубофрезерном приспособлении (показать указкой плакат №10) деталь закрепляется на оправку поз. 27, имеющую специальный паз для предотвращения прокручивания при обработке, устанавливается в центрах и зажимается гайкой поз. 12. Хомут поз. 31, передает крутящий момент на оправку поз. 27 с деталью. Биение центров оправки относительно центров станка не более 0,01 (все перечисляемые элементы приспособления показать на плакате № 10).

Приспособление зубодолбёжное (показать указкой плакат № 11) используется при нарезании наружного зубчатого венца и крепится на столе зубодолбежного станка двумя винтами поз. 20 в Т-образных пазах и центрируется по центровику поз. 12.

Деталь центрируется по диаметру 110 центрирующей втулкой поз.3 и опирается на торец втулки, и съёмной шайбой поз. 17; шайбой поз. 14 со шпилькой фиксируется деталь. Зажим детали осуществляется вручную гайкой поз. 8.

Биение центрирующей втулки поз. 3 относительно центровика корпуса поз.1 не более 0,05 мм (все перечисляемые элементы приспособления показать на плакате № 11).

Для контроля направления зуба было разработано приспособление (показать указкой плакат № 12), в котором деталь устанавливается в призму и фиксируется роликом поз. 36, ролик установлен на кронштейне поз. 8, который закреплен на оси поз. 34. Показания параллельности направления шлицев снимаются с индикатора поз. 47, установленного в штативе поз. 35, который передвигается по направляющей линейке поз. 13. Проверка направления зуба происходит прижатием ролика поз. 36 к поверхности зуба, при этом происходит проверка одной стоны зуба. Перемещением ролика поз. 36 на противоположную сторону, при помощи рычага поз. 33, проверяется вторая сторона зуба.

Корпус основания и призма приварены для удобства работы (все перечисляемые элементы приспособления показать на плакате № 12).

На плакате № 13 (показать указкой плакат № 13) представлены основные технико-экономические показатели. Срок окупаемости проекта составляет 3,8 года. Годовой экономический эффект равен 1,85 млн. рублей. Расчёты технико-экономических показателей приведены в пояснительной записке.

В ходе дипломного проектирования были затронуты проблемы природоиспользования, охраны окружающей среды и обеспечения безопасной жизнедеятельности. Они приведены в соответствующих разделах пояснительной записки.

Доклад закончен.

5.2. Выпускная квалификационная работа с конструкторской тематикой

Вариант № 3.

Деталь «Картер» (показать указкой плакат № 1) входит в состав дублирующей гидравлической системы. Применяется на инженерных машинах (бронетехника, строительная техника, дорожная техника). На фланец диаметром 128 h 14 крепится гидромотор N 1.5-II М БК2.957.043-1. Для крепления предусмотрены четыре отверстия М12´1,25-7Н . Другим фланцем, имеющим размеры 205´205, «Картер» присоединяется к электродвигателю, который передает крутящий момент через наружное зацепление двух шестерен. Шестерня, закрепленная на водиле, имеет внутреннее зацепление с зубьями «Картера». Таким образом водило вращается во внутренних кольцах двух шариковых подшипников, установленных в отверстии «Картера» диаметром 62 js 6 и не имеющим осевого смещения благодаря стопорным кольцам, расположенных в двух канавках 2,2 H 15 (все перечисляемые элементы детали показать на плакате № 1).

На качество работы изделия «Насосная станция» будут влиять следующие конструкторские базы детали «Картер»: базы Ж, Д, Л (показать базы Ж, Д, Л на плакате № 1), так как от точности выполнения размеров и класса шероховатости этих поверхностей зависит точность установки сопрягаемых с ними деталей (отсутствие смещения, перекоса, биения).

В технологической части дипломного проекта был проведен качественный и количественный анализ технологичности конструкции детали «Картер», разработан технологический процесс (показать указкой плакат № 2), выполнен размерный анализ (показать указкой плакат № 3), определены припуски и технологические размеры, проведено техническое нормирование операций, составлен комплект технологической документации, представленный в приложении А.

С целью повышения точности обработки и контроля наиболее ответственных элементов конструкции детали была разработана следующая технологическая оснастка.

Для установки и закрепления детали на операции 020 4233 Токарная с ЧПУ была спроектирована цанговая оправка, конструкция которой показана на плакате № 4. В отверстие оправки поз. 2 вставляется струна поз. 1, имеющая резьбовое соединение с одной стороны со штоком пневмоцилиндра, с другой – с плунжером поз. 5. При действии штока на струну поз. 1 она перемещает плунжер поз. 5 со штифтом поз. 4, соединенным с цангой поз. 3. Цанга движется по конической поверхности оправки поз. 2 и фиксирует деталь в нужном положении. Упор поз. 6 служит установочной базой. Для установки в шпинделе станка оправка имеет хвостовиком с конусом Морзе (все перечисляемые элементы приспособления показать на плакате № 4).

Был выполнен расчет цанговой оправки на точность, который заключается в расчёте погрешности установки детали. В данном случае погрешность базирования детали равна нулю, так как выполняется принцип совмещения баз – конструкторская и технологическая базы совпадают (показать базу на плакатах № 1 и 4). Вследствие того, что предлагаемое приспособление оснащено механизированным зажимом (показать пневмоцилиндр на плакате № 4), обладающим постоянной силой зажима, то возникающая при этом погрешность закрепления детали тоже постоянна и может быть компенсирована настройкой станка. Поэтому в расчетах приспособления на точность погрешность закрепления детали принимаем равной нулю. Погрешность приспособления возникает вследствие неточности изготовления и крепления приспособлений на столе станка, а также износа установочных элементов приспособления, которая также может быть компенсирован настройкой станка.

Так как, полученная в результате расчета, погрешность установки детали на оправке меньше допуска на выполняемый размер, следовательно, схема базирования выбрана верно и точность обработки обеспечивается.

Прочностной расчет приспособления заключался в расчете на прочность резьбового соединения на конце штока пневмоцилиндра (показать резьбовой конец штока пневмоцилиндра на плакате № 4). Расчетные напряжения в опасном сечении оказались меньше, чем допустимые. Таким образом, условие прочности конструкции выполняется.

На плакатах № 5, 6 показано зубодолбежное приспособление, которое состоит из корпуса поз. 1, на который устанавливается центровик поз. 5 и опора поз. 6. Центровик поз. 5 имеет сквозное отверстие диаметром 45 мм, внутри которого расположен болт поз. 9, соединенный с тягой поз. 10, которая в свою очередь сопрягается со штоком пневмоцилиндра. На столе станка приспособление крепится при помощи плиты поз. 2, которая имеет шесть специальных пазов. Деталь отверстием диаметром 62 мм насаживается на центровик поз. 5. С целью предотвращения смещения детали вверх на нее одевается быстросъемная шайба поз. 8. При движении штока пневмоцилиндра вниз болт поз. 9 также перемещается вниз и при помощи системы, состоящей из коромысла поз. 11, двух тяг поз. 4, двух болтов поз. 7 и шайбы поз. 8, прижимает деталь к опоре поз. 6, что обеспечивает надежное закрепление при обработке (все перечисляемые элементы приспособления показать на плакатах № 5 и 6).

Точностной, силовой и прочностной расчеты выполнялись аналогично представленным ранее и приведены в разделе 2 пояснительной записки.

Приспособление для контроля отклонений расположения шести отверстий М12´1,25 и четырех отверстий М8´1 показано на плакате № 7. Приспособление имеет центровик поз. 4, который соединен с плитой поз. 2 четырьмя винтами поз. 6. При контроле центровик входит в отверстие диаметром 62 мм детали «Картер», установленной на столе, до соприкосновения плиты поз. 2 с торцем детали. Плита поз. 2 имеет пять втулок поз. 8 и одну удлиненную втулку поз. 9 – для контроля отклонения расположения шести отверстий М12´1,25 и четыре втулки поз. 10 – для контроля отклонения расположения четырех отверстий М8´1. После соприкосновения плиты поз. 2 с торцем детали через втулку поз. 9 пропускается штырь поз. 1 (для фиксации плиты). Затем сквозь остальные втулки опускают штыри поз. 5 (при контроле отклонения расположения отверстий М12´1,25) или штыри поз. 3 (при контроле отклонения расположения отверстий М8´1). Отклонение расположения отверстий контролируется в два перехода: сначала деталь устанавливается на стол торцем диаметром 185 мм (для контроля отверстий М12´1,25), затем деталь переворачивается и ставится на стол торцем диаметром 128 мм (для контроля отверстий М8´1). Возможно изменение последовательности выполнения переходов. Для удобства установки и снятия приспособления с детали плита поз. 2 имеет две ручки поз. 11 (все перечисляемые элементы приспособления для контроля показать на плакате № 7).

Для данного приспособления произведен расчет исполнительных размеров и допусков, расчет суммарной погрешности измерения. Суммарная погрешность измерения зависит от следующих параметров (все перечисляемые составляющие суммарной погрешности показать на плакате № 7):

Þ от допуска на изготовление диаметра измерительного базового элемента (центровика поз. 4) и составляет 0,008 мм;

Þ от допуска на изготовление втулок (поз. 8, 9, 10) и составляет 0,009 мм;

Þ от допуска на изготовление штырей (поз. 1, 3, 5) и составляет 0,008 мм;

Þ от погрешности установки втулок (поз. 8, 9, 10) и составляет 0,016 мм.

Суммарная погрешность измерения имеет значение 0,041 мм, что существенно меньше допуска на расположение отверстий, которое составляет 0,75 мм.

Приспособление для контроля колебания межосевого расстояния показано на плакатах № 8 и 9. На центровик поз. 2, соединеный с основанием поз. 1, крепится втулка поз. 16, на которую насаживается измеряемая деталь. Посредством пальца поз. 4, пружины поз. 40, угольника поз. 5 и винтов поз. 31 к основанию поз. 1 крепится каретка поз. 6. На каретке поз. 6 закреплена державка поз. 14 с упором поз. 13, имеющим контакт с индикатором поз. 37. Также на каретке поз. 6 крепится центровик поз. 15, на который насаживается измерительная шестерня, которая имеет внутреннее зацепление с зубчатым венцом детали. При вращении детали «Картер» вокруг своей оси подпружиненная каретка поз. 6 совершает возвратно-поступательное движение; упор поз. 13, прижимаясь к пальцу индикатора поз. 37, перемещает его стрелку. Таким образом, определяется колебание межосевого расстояния (все перечисляемые элементы приспособления для контроля межосевого расстояния показать на плакатах № 8 и 9).

На величину суммарной погрешности измерения влияют следующие параметры (все перечисляемые составляющие суммарной погрешности показать на плакатах № 8 и 9):

Þ допуск радиального биения втулки (поз. 16) – 0,005 мм;

Þ погрешность индикатора (поз. 37), которая принимается равной половине цены деления шкалы измерительного прибора и составляет для индикатора ИЧ-10 (ГОСТ 577-68) 0,005 мм.

Суммарная погрешность измерения имеет величину 0,01 мм, что меньше допуска на межосевое расстояние – 0,1 мм.

Для нарезания зубчатого венца на операции 130 Зубодолбёжная был спроектирован долбяк (показать чертеж долбяка на плакате № 10).

Долбяк предназначен для нарезания зубьев цилиндрических колес методом огибания. По конструктивной форме долбяк является чашечным. Чашечные долбяки применяются для нарезания наружных блочных колес «в упор» и для изготовления внутренних колес средних модулей, что имеет место в нашем случае (показать зубчатый венец на плакате № 1). Базой для крепления чашечных долбяков является отверстие, а также наружная и внутренняя опорные плоскости (показать поверхности на долбяке на плакате № 10). Посредством отверстия долбяк устанавливается точно по центру оси шпинделя зубодолбежного станка, а опорные плоскости обеспечивают перпендикулярное к оси шпинделя положение режущих кромок и совпадение направлений осей долбяка и шпинделя.

По способу крепления на станке чашечный долбяк относится к классу насадных инструментов, по направлению зубьев долбяк является прямозубым, по конструкции – цельным из быстрорежущей стали Р6М5 (ГОСТ 19265-73). Твердость долбяка составляет HRC 63…65.

Зуб долбяка имеет три режущие кромки: вершинную, очерченную по дуге окружности, и две боковые, очерченные по эвольвенте (показать поверхности на долбяке на плакате № 10). При проектировании долбяка передний и задний углы задаются по вершине зуба. Наличие положительных переднего и заднего углов на вершине зуба ведет к появлению погрешностей нарезаемого венца. Размеры этих погрешностей зависят от принятых величин переднего и заднего углов (чем больше эти углы, тем больше погрешности). Поэтому углы долбяка в соответствии с рекомендациями выбираем: передний угол для чистовых долбяков принимаем равным 5°; для угла главного профиля зуба α = 20° рекомендуется задний угол на вершине долбяка принять α = 6°.

При изготовлении зубья долбяка шлифуются на зубошлифовальных станках. При проектировании долбяка число его зубьев необходимо выбирать таким, чтобы оно было равно или кратно числу зубьев одного из делительных дисков, которые в виде набора прилагаются к зубошлифовальным станкам. Принимаем число зубьев долбяка z = 17,
m = 3 мм, делительный диаметр d = 51 мм. В числе стандартных дисков имеется диск с числом зубьев z = 51.

Заточку долбяков производят или на универсальном круглошлифовальном станке, или на плоскошлифовальном станке с круглым патроном и горизонтальной осью вращения патрона.

После шлифования и заточки долбяк должен быть проверен по всем элементам. Профиль зубьев долбяка проверяют тангенциальным зубомером.

С целью повышения износостойкости инструмента используется финишное плазменное упрочнение (ФПУ) с нанесением тонкопленочного аморфного покрытия. Технологический процесс ФПУ проводится при атмосферном давлении и состоит из операции обезжиривания долбяка (путем погружения его в моющий раствор при температуре 75…80 °С и выдержкой в течении 2 с) и непосредственно упрочнения инструмента путем взаимного перемещения изделия и плазмотрона. Параметры шероховатости поверхности после ФПУ не изменяются. В качестве плазмообразующего газа используется аргон, исходным материалом для прохождения плазмохимических реакций и образования покрытия является специальный жидкий препарат сетол. В результате процесса ФПУ обеспечивается повышение износостойкости инструмента в 4…5 раз. Это происходит за счет изменения физико-механических свойств поверхностного слоя: увеличения микротвердости, уменьшения коэффициента трения, создания сжимающих напряжений, залечивания микродефектов, образования на поверхности диэлектрического и коррозионностойкого пленочного покрытия с низким коэффициентом теплопроводности, химической инертностью и специфической топографией поверхности.

В приложении Б представлен расчет зуборезного долбяка с использованием системы автоматического проектирования, разработанный в НТИ (ф) УГТУ-УПИ.

У детали «Картер» поверхность диаметром 62 js 6 (показать поверхность указкой на плакате № 1) является конструкторской базой, вследствие чего к данной поверхности предъявляются следующие требования (перечислить). В связи с этим поверхность подвергают хонингованию и встала необходимость проектирования специальной хонинговальной головки (показать указкой плакат № 11), конструкция которой состоит из корпуса поз. 1, несущего режущие бруски - четыре колодки поз. 34, присоединенного к корпусу поз. 4. Для закрепления хона в шпинделе станка предназначена система, состоящая из толкателя поз. 20, к которому двумя винтами поз. 18 крепится втулка поз. 19; втулки поз. 7, которая соединена с втулкой поз. 19 посредством четырех втулок поз. 22 и двух винтов поз. 25. Хонинговальная головка имеет два шарнира (толкатели поз. 20 и поз. 3), которые предназначены для лучшей ориентировки алмазных брусков в обрабатываемом отверстии. После установки детали «Картер» в приспособлении хон, установленный в шпинделе станка, вводится в отверстие. Толкатель поз. 20, который получает осевое перемещение от механизма подачи станка, воздействует на стержень поз. 17, в результате чего начинает перемещаться система, состоящая из стакана поз. 10, закрепленного на корпусе поз. 1 через штифт поз. 33; кольца поз. 9, расположенного на стакане поз. 10; втулки 2 поз. 1, которая крепится на корпусе поз. 1 штифтом поз. 16 и имеет резьбовое соединение с кольцом поз. 9; и стержня поз. 8, сопряженного с втулкой поз. 21 и корпусом поз. 1 штифтом поз. 16. Стержень поз. 8 в свою очередь действует на ось поз. 6, переходник поз. 5, втулку поз. 12 с закрепленным в ней толкателем поз. 3 и шток поз. 2, который благодаря конусной поверхности раздвигает колодки поз. 34 с алмазными брусками, в результате чего хон центрируется по обрабатываемой поверхности. В процессе работы благодаря сжатию пружины поз. 13 бруски все время раздвигаются, что обеспечивает постепенное удаление припуска и исправление погрешностей формы. Величину расхождения брусков можно регулировать вручную (после того, как штифт поз. 33 доходит до конца паза в корпусе поз. 4). Для этого предназначено кольцо поз. 9 с шариками поз. 32 и плунжером поз. 23, который при вращении кольца поз. 9 попадает в риски на стакане поз. 10 (щелчок, издаваемый при этом, означает перемещении кольца поз. 9 на одно деление). В этом случае стакан поз. 10 (со штифтом поз. 33 и кольцом поз. 9) и втулка поз. 21 (со штифтом поз. 16) перемещается в сторону шпинделя станка, а толкатель 20, имеющий осевую подачу вновь двигает стержень поз. 8, разжимая бруски. После окончания обработки толкателю поз. 20 задается обратное перемещение, вся система двигается в противоположном направлении, и алмазные бруски сжимаются, что дает возможность вывести хонинговальную головку из отверстия (все перечисляемые элементы хонинговальной головки показать на плакате № 11).

В процессе хонингования осуществляется три основных рабочих движения: радиальный разжим, вращение и возвратно-поступательное движение режущих брусков. Несмотря на постоянные радиальные силы разжима брусков, они работают в условиях непрерывно изменяющихся давлений. В начальный период касания брусков с вершинами гребешков грубо обработанной поверхности давления сильно возрастают, вызывая увеличенный съем и интенсивное самозатачивание брусков. По мере увеличения контакта поверхности бруска с деталью давления постепенно уменьшаются, интенсивность съема и параметр шероховатости обрабатываемой поверхности снижаются.

Станок обеспечивает цикл хонингования по следующей программе: быстрое выдвижение брусков до касания с поверхностью отверстия после ввода инструмента в отверстие; подача брусков с малым радиальным давлением 0,2…0,4 МПа для обработки в течение 2…3 с; подача с давлением 1,2…1,5 МПа для снятия оставшегося припуска по гладкой поверхности; быстрый отвод брусков перед выводом инструмента из отверстия.

Для обработки деталей из закаленных сталей применяют алмазный инструмент на металлической связке. В данном случае применена металлическая связка марки М1 (смесь порошков меди, олова). Характеристика алмазных хонинговальных брусков определяется в зависимости от величины припуска: зернистость 200/160 (где 200 – размер ячейки сита в мкм, через которую проходят зерна основной по массе фракции, 160 - размер ячейки сита в мкм, на которой зерна задерживаются), марка алмазов АС6 (шлифпорошок из синтетических алмазов, где 6 – цифровой индекс, характеризующий прочность на сжатие зерен данного материала).

Расчет исполнительных размеров брусков приведен в пояснительной записке.

Экономический расчет показал, что прелагаемый проект более эффективен, чем базовый вариант изготовления детали (показать указкой плакат № 12). Сократилось количество работающих, уменьшилась трудоемкость обработки. За счет сокращения количества необходимого оборудования уменьшились капитальные вложения.

В дипломном проекте были рассмотрены безопасность жизнедеятельности и экологическая часть.

Доклад закончен.

5.3. Выпускная квалификационная работа с научно-исследовательской тематикой

Вариант № 4.

Повышение производительности труда при обработке резанием, а также применение в современном машиностроении труднообрабатываемых конструкционных материалов требуют использования более совершенных режущих инструментов. В связи с этим основной тенденцией в разработке режущих инструментов на ближайшие годы должно явиться оснащение их новыми прогрессивными инструментальными материалами, в том числе неметаллическими, с повышенной износостойкостью и твердостью, благодаря которым режущие инструменты приобретут более высокие эксплуатационные качества.

В настоящее время отечественной промышленностью освоено изготовление новой группы пластин из оксидно-карбидной керамики: ВЗ, ВОК-60, ВОК-63, разработанные ВНИИТСом, представлены на плакатах № 1 и 2 (показать указкой плакаты № 1 и 2). Они обладают повышенными эксплуатационными свойствами, позволяющими увеличить производительность труда, повысить качество обработки изделий и снизить себестоимость операции за счет увеличения скорости резания в 2…3 раза с одновременным повышением стойкости в среднем в 5 раз по сравнению со сплавами TI5K6, Т30К4 и др.

Применение этих материалов, как следует из зависимостей, приведенных на плакатах № 3 и 4 (показать указкой плакаты № 3 и 4), дает возможность получить шероховатость поверхности R а= 0,63…1,25 (6…7 класс).

Однако их внедрение сдерживается отсутствием надежных способов соединения режущих элементов с корпусом инструмента. Традиционные методы соединения режущих элементов с корпусом, которые показаны на плакате № 5 (показать способы крепления пластин указкой на плакате № 5), используемые при изготовлении составных инструментов, не полностью удовлетворяют требованиям рационального применения дефицитных и дорогостоящих материалов при их производстве.

Сварка минералокерамических пластин с корпусом инструмента невозможна, за исключением диффузионной, но это малопроизводительно.

Пайка минералокерамики требует предварительной метализации поверхности пластин, что существенно увеличивает трудоемкость выполнения соединения.

Механическое крепление не всегда обеспечивает равномерный прижим пластинки к опорной поверхности, что приводит к концентрации напряжений в этом месте и может вызвать ее разрушение. Кроме того, механическое крепление не всегда возможно осуществить из-за конструктивных особенностей инструмента.

Из рассматриваемых методов соединения минералокерамических пластин с корпусом инструмента склеивание является наиболее универсальным.

Использование клееных инструментов, как это видно из плаката
№ 6 (показать указкой плакат № 6), позволяет обеспечить следующие преимущества:

1. Повышает стойкость инструмента и сокращает расход дефицитных инструментальных материалов.

2. Повышает качество термообработки, так как она осуществляется до сборки.

3. Сокращает производственный цикл, за счет исключения после сварки операций обжига и снятия грата, что позволяет уменьшить трудоемкость и энергозатраты на изготовление инструмента.

4. Исключает брак по трещинам в твердом сплаве и минералокерамике, так как здесь отсутствуют внутренние напряжения.

5. Сохраняет исходные эксплуатационные и физико-механические свойства материала режущих инструментов, за счет низкой температуры охлаждения клея.

6. Сокращает длительность производственного цикла, за счет исключения операций снятия наплывов припоя, исключения металлизации, создания компактных конструкций.

При применении клееных инструментов повышается качество, сокращается трудоемкость изготовления, увеличивается стойкость инструментов и снижается шероховатость обработанной поверхности.

При выполнении выпускной квалификационной работы были разработаны различные конструкции державок для токарных проходных резцов под квадратные и треугольные минералокерамические пластинки, часть из которых показана на плакате № 7 (показать конструкции державок указкой на плакате № 7). Материал державок сталь 45. Они были изготовлены на предприятии (указать предприятие) и закалены при Т = 800 °С и выдержаны в течение 30 мин, HRC 30...33.

Для склеивания пластинок с корпусом инструмента использовался клеи состава № 1 и 2 (показать составы клееёв на плакате № 8). Состав клея № 1: смола КЦ-153, полиэтилен-полиамин, цирконий. Состав клея № 2: смола «декалит-6», смола Л20, графит.

Компоненты взвешивались на аналитических весах и перемешивались в течение 10 минут при комнатной температуре. Поверхности пластинки и паза державки обезжиривались ацетоном, после чего на них наносился клей. Затем детали слегка притирали друг к другу и под небольшой нагрузкой оставляли отвердевать в течение 24 часов.

Заточка производилась на заточном станке алмазным кругом на бакелитовой связке. Геометрия резцов приводится на плакате № 8 (показать указкой плакат № 8).

Испытания резцов проводились на токарно-винторезном станке 16К20. В качестве критерия оценки стойкости инструмента был выбран относительный поверхностный износ (показать указкой фотографию установки для проведения испытаний и схему замера износа на плакате № 9).

Для выбора модели процесса точения использован метод математического планирования эксперимента 1-го порядка, и применен полный факторный эксперимент 2. Это позволяет варьировать каждым из факторов на двух уровнях, отличающихся от основного на величину шага варьирования. В качестве параметра оптимизации принята стойкость. Затем для каждой конструкции резца был выбран план эксперимента с указанием сочетания уровней факторов в каждом эксперименте (показать указкой план эксперимента на плакате № 10).

Результаты испытаний заносились в таблицу-матрицу и на их основе были построены графики износа инструмента в зависимости от длины пути резца и от режимов резания. Как видно из представленных зависимостей, отображенных на плакатах № 11, 12, 13 (показать указкой графики на плакатах № 11, 12, 13) особенностью применения клеёных режущих инструментов является (перечислить). Так, например, на плакате № 12 приводится зависимость, которая объясняется…

Кроме выявления износа инструмента с минералокерамикой целью работы было выяснить, какие температуры возникают в клеевом шве инструмента в процессе точения. Нахождение температуры осуществлялось с помощью искусственной термопары, фотографии которой показаны на плакате № 14, сваренной конденсаторной сваркой из хромеля и копеля. Съём данных производился при помощи шлейфового осциллографа на светочувствительную бумагу (показать схему съёма данных на плакате № 14). Тарировка термопары осуществлялась в термошкафу при Т = 50 °С, Т = 100°С и Т = 150 °С. После получения данных в процессе опытов по тарировочному графику определяли температуру, возникшую в процессе точения при различных режимах резания.

Таким образом, на основе проведенных исследований и полученных результатов можно сделать выводы:

1. Используемые в процессе исследований клеи № 1 и 2 хорошо выдерживают нагрузку как механическую, так и температурную. Во время испытаний при различных режимах резания клеи надежно удерживают пластинку.

2. В процессе точения пластинкой ВОК-60 температура, возникшая в клеевом шве, невысока. Это объясняется низкой теплопроводностью минералокерамики.

3. Клеи № 1 и 2 показали высокую надежность при высоких температурах, ибо при заточке инструмента возникают температуры порядка 600…900 °С.

4. Физико-механические свойства клеев, позволяют применять клеевые соединения во многих видах инструментов, не испытывающих значительных силовых и тепловых нагрузок при их изготовлении и эксплуатации, например разверток, зенковок, зенкеров, фрез, протяжек и т.д.

По результатам исследовательской было опубликовано 2 статьи и подана одна заявка на изобретение. Работа представлялась на городскую выставку студенческого творчества и отмечена дипломом I степени и денежной премией.

Доклад закончен.

Вариант № 5.

Совершенствование продукции машиностроения затруднено без применения новых прогрессивных технологических процессов, позволяющих повысить ресурс и надёжность, обеспечить работоспособность деталей и узлов в самых жестких условиях эксплуатации, при высоких температурах и в агрессивных средах, действии динамических и контактных нагрузок. Этим вызваны расширение применения процессов упрочняющих технологий в ведущих отраслях машиностроения и широкие исследования, проводимые в этой области.

Выпускная квалификационная работа выполнялась в лабораториях НТИ (ф) УГТУ-УПИ. Основная цель проекта – замена абразивной обработки поверхностей на поверхностное пластическое деформирование. Была поставлена задача о выявлении закономерностей между параметрами шероховатости: высотой микронеровностей, их среднего шага, относительной опорной поверхности и режимами ультразвукового раскатывания.

Для проведения исследований использовались детали типа «Кольцо», изготовленные из титана марки ВТ 1-0 (показать деталь на плакате № 1).

Важное значение в машиностроении имеют сплавы на основе титана с высокими прочностью, жаропрочностью, жаростойкостью и коррозионной стойкостью, чем чистый титан.

Для ультразвукового поверхностного пластического деформирования внутренней поверхности детали типа «Кольцо» использовалось приспособление специальной конструкции (показать приспособление на плакате № 2). Общий вид установки для ультразвукового раскатывания показан на плакатах № 3 и 4 (показать указкой плакаты № 3 и 4).

Приспособление устанавливалось на стол вертикально-сверлильного станка 2Н125. Ультразвуковые крутильные колебания создавались с помощью двух магнитострикционных преобразователей ПМС15А-18, работающих синхронно, которые закреплены на специальных стойках на плите приспособления. К магнитострикционным преобразователям ПМС15А-18 посредством резьбовых соединений присоединяются волноводы и ступенчатый концентратор. На выходном торце концентратора закреплялось сменное кольцо, на боковой поверхности которого запрессовывались деформирующие элементы – шарики различных диаметров. Материал шариков ШХ15. Для максимального использования энергии ультразвуковых колебаний применялся ступенчатый полуволновой концентратор, рассчитанный таким образом, чтобы деформирующий элемент (шарик), размещенный на боковой поверхности концентратора, находился в пучности колебаний стоячей ультразвуковой волны. На плите приспособления устанавливался микрометр, который упирался в планку, посредством которого определялось статическое усилие прижима деформирующего элемента - шарика. Питание на магнитострикционные преобразователи ПМС15А – 18 подавалось от ультразвукового генератора УЗГ 3-4. Деталь устанавливалась в трехкулачковом патроне специальной конструкции, закрепленном в шпинделе станка (все перечисляемые элементы установки показать на плакатах № 3 и 4).

Перед проведением эксперимента семь колец из титана протравили в 7% растворе серной кислоты для обеспечения чистовой отделки внутренней поверхности. В качестве электрода-инструмента использовали металлическое кольцо из нержавеющей стали, а в качестве изолятора между образцом и инструментом применяли текстолитовое кольцо. Общий вид кассеты для травления и схема травления показаны на плакате № 5. Электрод-инструмент и заготовка помещаются в ванну 1 с электролитом 2. Напряжение и ток подводили к кассете 3 с деталью от источника питания 4 через реостат 5. Фотографии процесса травления показаны на плакате № 5 (все перечисляемые элементы кассеты для травления показать на плакате № 5). Опытным путём были установлены следующие режимы травления: напряжение 16 В, ток 42 А. Сглаживание микронеровностей заготовки происходило за счёт интенсивного растворения вершин гребешков.

В качестве сравнения результатов внутренние поверхности трёх колец были обработаны войлоком, а два кольца остались без обработки.

Перед началом исследований индикатор, по которому определяли величину нагрузки на деформирующий элемент, был протарирован. График торировки показан на плакате № 6 (показать указкой плакат № 6). На плакате № 7 приведены исследуемые технологические режимы (показать указкой плакат № 7). Расчетная амплитуда ультразвуковых крутильных колебаний деформирующего элемента-шарика составляла 60 мкм для всех исследуемых технологических режимов, рабочая частота колебательной системы f = 18 кГц. Варьируемые режимы ультразвукового раскатывания: s – подача образца, n – скорость вращения образца, d – диаметр деформирующего элемента-шарика. P – статическая сила прижима деформирующего элемента - шарика к обрабатываемой поверхности (деформирующие усилие).

В ходе исследовательской работы были выполнены профилограммы до ультразвуковой обработки (УЗО) и после УЗО (показать указкой плакаты № 8 и 9). Параметры шероховатости поверхности – высота микронеровностей , их средний шаг , относительная опорная поверхность – определялись на профилометре-профилографе мод. 170311 до и после ультразвукового раскатывания; базовая длина 0,8 мм, шаг отсечки 3, горизонтальное увеличение – 100, вертикальное увеличение – 1000.

На плакатах 10, 11, 12 показаны графики изменения параметров шероховатости поверхности, изменения среднего шага и относительной опорной поверхности от различных режимов обработки (показать указкой плакаты № 10, 11, и 12).

Введение крутильных ультразвуковых колебаний в очаг деформации приводит к существенному уменьшению высоты неровностей уже при статической силе прижима Р = 0,35 кг. Это обусловлено возникновением на площадках контакта такого давления, величина которого превышает предел текучести материала. В результате улучшаются условия сглаживания вершин микронеровностей исходной поверхности, и образуется частично регулярный профиль. Дальнейшее повышение статической силы приводит к постепенному росту шероховатости, что является результатом увеличения пластических искажений и формирования при этом нового профиля поверхности с полностью регулярным микрорельефом. При статической силе прижима Р > 1,5 кг появляются микротрещины, происходит разрушение поверхностных слоёв вследствие перенаклёпа (показать график на плакате № 10).

При постоянной статической силе прижима с увеличением диаметра деформирующего элемента шероховатость поверхности снижается, то есть на 1 класс. Это объясняется большой кратностью приложения нагрузки (показать график на плакате № 10).

Увеличение относотельной опорной поверхности при раскатывании обусловлено смятием микронеровностей и заполнением впадин материалом выступов. При малых значениях статической силы искажение микропрофиля небольшое, микронеровности деформируются не полностью и рост значений параметра t ₅₀ (на средней линии микропрофиля) незначительный, как в случае обычного раскатывания, так и ультразвукового (показать график на плакате № 10). Существенно большие значения относительной опорной поверхности при введении ультразвука в зону обработки вызваны изменением кинематики скольжения контактных поверхностей и снижением сопротивления поверхностных слоёв металла пластическому деформированию. Повышение нагрузки на деформирующий элемент, как показано ранее, приводит к вдавливанию его на большую глубину и формированию нового профиля, происходит перераспределение металла поверхностного слоя, формируется регулярный профиль, при этом величина t ₅₀ может незначительно уменьшаться, однако, как показывают наблюдения, увеличивается относительная опорная поверхность в основании, то есть параметры t ₈₀ … t ₁₀₀ .

С увеличением подачи s степень перекрытия канавок уменьшается – относительная опорная поверхность уменьшается, а средний шаг неровностей увеличивается (показать график на плакате № 11).

Варьирование скорости вращения детали при ультразвуковом раскатывании не оказывает существенного влияния на изменение высоты микронеровностей (показать график на плакате № 11).

Зависимость величины t ₅₀ от подачи при раскатывании с ультразвуковым воздействием на инструмент носит такой же характер, как и при обычном. Разница заключается лишь в том, что при ультразвуковом воздействии увеличение относительной опорной поверхности при росте подачи более интенсивно, чем при обычном. Вероятно, это вызвано уменьшением коэффициента внешнего трения при сообщении ультразвуковых колебаний деформирующему элементу и меньшим сопротивлением материала пластической деформации (показать график на плакате № 12).

При прочих равных условиях, повышение числа оборотов детали приводит к увеличению относительной опорной поверхности (показать график на плакате № 12).

После проведения исследований можно сделать вывод о том, что применение крутильных ультразвуковых колебаний при раскатывании внутренних цилиндрических поверхностей более рационально с точки зрения снижения работы силы трения по сравнению с обработкой без ультразвукового воздействия; применение крутильных ультразвуковых колебаний позволяет снизить шероховатость поверхности на 1…2 класса при значительно меньших статических нагрузках. При этом относительная опорная поверхность t ₅₀ увеличивается в 1,5...2 раза, средний шаг неровностей S_m до 2 раз по сравнению с исходными.

В дипломном проекте рассмотрены условия безопасной работы на ультразвуковых установках; требования охраны труда при работе с агрессивными жидкостями (травителями) и вопросы их утилизации без нанесения ущерба окружающей среде.

Доклад закончен.

подготовка доклада к защите выпускной квалификационной работы

Составитель: Гаврилова Татьяна Михайловна

Редактор:

Подписано к печати ... Формат 60х84 1/16

Бумага писчая Офсетная печать Усл.п.л.

Уч.-изд.л. Тираж 100 Заказ

Редакционно-издательский отдел

НТИ (филиал) ГОУ ВПО УГТУ-УПИ

622031, г. Нижний Тагил, ул. Красногвардейская, 59

Ризография РИО НТИ(ф) ГОУ ВПО УГТУ-УПИ

622031, г. Нижний Тагил, ул. Красногвардейская, 59