Особенности кинематики процесса ВЭН ТВЧ при комбинированной обработки » Ресурс машиностроения. Форум машиностроителей, статьи.

Особенности кинематики процесса ВЭН ТВЧ при комбинированной обработки
5 ноября 2019

Г.О. ЧА, аспирант В.Ю. СКИБА, канд. техн. наук, доцент (НГТУ, г. Новосибирск, КТИ НП СО РАН, г. Новосибирск)Ча Г.О. – 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20Новосибирский государственный технический университет,630058 г. Новосибирск, ул. Русская, Конструкторско-технологический институт научного приборостроения Сибирского отделения Российской академии наук, e-mail: Grigoriy_olegovich@mail.ru

Введение

Типовой технологический процесс при комбинированной обработке для получения поверхностей с заданной точностью, физико-механическими свойствами и параметрами качества поверхностного слоя на гибридном оборудовании предусматривает 3 основных перехода:

1) Предварительная обработка резанием.

2) Поверхностная закалка.

3) Финишная механическая обработка.

В данной работе рассматривается второй переход при обработке на гибридном оборудовании, а именно поверхностная закалка ВЭН ТВЧ при использовании кинематики гибридного металлорежущего оборудования токарный группы.

Для достижения наибольшей концентрации энергии обработка осуществляется индуктором петлевого типа с магнитопроводом с минимальными технологически возможными зазорами (Δ=0,1...0,5 мм) и минимальной шириной активного провода индуктора b=1,2…2 мм, рисунок 2. За счет этого удельная мощность индукторов и производительность закалки повышается в несколько раз. Так же снижаются остаточные закалочные напряжения, и величина деформация деталей.

Кинематика процесса ВЭН ТВЧ

Рис. 1. Процесс ВЭН ТВЧ

В общем случае ВЭН ТВЧ (рисунок 1) осуществляется подводом инструмента к детали с минимальным зазором Δ и дальнейшим его относительным движением. При этом возможны несколько вариантов относительного положения и перемещения индуктора и детали, обладающими своими особенностями.

Первая схема предполагает подвод индуктора к детали (движение П3) и медленное вращение детали вокруг своей оси – движение подачи (В1). Главное движение при этом отсутствует. В этом случае ширина закаленной области будет равна длине активной области индуктора (далее просто индуктора).

При данной схеме неизбежно возникновение зоны отпуска в месте перекрывания обработанной и обрабатываемой поверхностей (рисунок 2), а ее наличие предполагает локальную неравномерность структуры поверхностного слоя, различную твёрдость и остаточные напряжения, что негативно сказывается на качестве поверхностного слоя и ограничивает область применения подобных деталей в узлах и механизмах машин.

Также при данной схеме существует ограничение на максимальную ширину обработки, зависящее от необходимой удельной мощности и обусловлено ограничением эффективной мощности генератора. Данная схема подходит для деталей с шириной b≥ L , где L – длина индуктора.

Рис. 2. Сечение А-А рисунка 1

Вторая схема от первой отличается лишь тем, что для обработки деталей с шириной b≥ L необходимо еще одно элементарное движение (П2) – перенос индуктора на соседний участок детали. Таким образом, при данной схеме появляется еще одна зона отпуска – не только в осевом, но и в диаметральном сечении, связанная с движением деления.

Третья схема предполагает подвод индуктора к детали (П3), медленное вращение детали вокруг своей оси (В1) и перемещение инструмента в осевом направлении детали (П2). Траектория движения инструмента в этом случае представляет собой винтовую линию и получается за счет двух подач – радиальной и осевой. Главное движение при этом отсутствует. Зона отпуска присутствует в виде винтовой полосы.

Также существуют схемы обработки, позволяющие исключить появление зон отпуска. Для этого необходимо главное движение. Четвертая схема предполагает расположение индуктора в осевом направлении заготовки, рисунок 1. Главным движением является быстрое вращательное движение заготовки (В1), а движением подачи является движение инструмента вдоль оси обрабатываемой детали (П2). Эта схема предполагает обработку цилиндрической поверхности «на проход» (рисунок 3).

Рис. 3. Поверхностная закалка ВЭН ТВЧ «на проход»

Это необходимо для обеспечения постоянства времени воздействия T магнитного поля индуктора на локальный объем материала в каждом сечении.

S= T / L (1),

где L – Длина рабочей области индуктора, м;

S – Величина подачи, м/мин.

При обработке деталей шириной b ≤ L длины активного провода индуктора движение подачи отсутствует.

Пятая схема с тангенциальным расположением индуктора, рисунок 4:

Рис.4. Элементарные движения обработки

При данной схеме индуктор располагается в тангенциальном направлении относительно вращающейся заготовки. Главное движение – вращение заготовки (В1), движение подачи – перемещение инструмента в осевом направлении (П2). Этот способ позволяет осуществлять закалку без зоны отпуска и без ограничения по ширине цилиндрической части. Однако, главным недостатком данной схемы является то, что для различных диаметров заготовок необходимо изготовление отдельного инструмента.

Выводы

Каждая из приведенных схем обработки обладает своими преимуществами и недостатками. И осуществлять выбор той или иной схемы относительного расположения и перемещения детали и инструмента необходимо в зависимости от конструктивных особенностей обрабатываемых заготовок, требований к поверхностному слою, заданных чертежом, условий работы в узле или механизме, рациональности использования при условиях различной серийности производства. Зная эти технологические особенности можно выбрать наиболее оптимальную схему. Из результатов можно определить методику выбора схем обработки по таблице 1.

Таблица 1

Выбор схемы обработки

	Первая схема	Вторая схема	Третья схема	Четвертая схема	Пятая схема
Возможность обработки деталей:	≤ширины индуктора	≥ширины индуктора	≥ширины индуктора	≤, ≥ширины индуктора	Любые детали
Зона отпуска	+	+	+	-	-
Серийность	с/кс	ед, м/с	ед, м/с, с, к/с	ед, м/с, с, к/с	с, к/с

Список литературы

1. Moriwaki T. Multi-functional machine tool // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 2008. – Vol. 57, iss.

2. – P. 736–749. – doi: 10.1016/j.cirp.2008.09.004. 2. Garro О., Martin P., Veron M. Shiva a multiarms machine tool // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 1993. – Vol. 42, iss. 1. – P. 433–436. – doi: 10.1016/S0007- 8506(07)62479-2.

3. Архипов П.В., Лобанов Д.В., Янюшкин А.С. Совершенствование оборудования под процессы комбинированной обработки // Вестник Таджикского технического университета. – 2013. – Т. 2, № 2. – С. 32–37.

4. Совершенствование технологических процессов машиностроительных производств / А.С. Янюшкин, С.О. Сафонов, Д.В. Лобанов и др. – Братск: Изд-во БрГУ, 2006. – 302 с.

5. Макаров В.М. Комплексированные технологические системы: перспективы и проблемы внедрения // РИТМ: Ремонт. Инновации. Технологии. Модернизация. – 2011. – № 6 (64). – С. 20–23.

6. Абрамсон С.И. Повышение производительности металлорежущих станков при применении групповых методов обработки. – М.: НИИмаш, 1981. – 56 с.

7. Hybrid processing: the impact of mechanical and surface thermal treatment integration onto the machine parts quality / V.Yu. Skeeba, V.V. Ivancivsky, A.V. Kutyshkin, K.A. Parts // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 126. – P. 012016. – doi: 10.1088/1757-899X/126/1/012016.

8. Выбор наиболее рациональных методов обработки на гибридном металлорежущем оборудовании на примере цилиндрической поверхности / Г.О. Ча, П.Ю. Скиба, Ю.В. Вшивкова, А.Н. Лобко // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2017. – Т. 4, № 2. – С. 66–71.

9. Дружинский И.А. Концепция конкурентоспособных станков. – Л.: Машиностроение, 1990. – 247 с.

10. Nagae A. Development trend of multi-tasking machines // Proceedings of the 11th International Conference on Machine Tool Engineers, Tokyo, Japan, 3–5 November 2004. – Tokyo, 2004. – P. 312–323.

11. A review of hybrid manufacturing processes – state of the art and future perspectives / Z. Zhu, V.G. Dhokia, A. Nassehi, S.T. Newman // International Journal of Computer Integrated Manufacturing. – 2013. – Vol. 26, iss. 7. – P. 596–615. – doi: 10.1080/0951192X.2012.749530.

12. Иванцивский В.В., Скиба В.Ю., Степанова Н.П. Методика назначения рациональных режимов поверхностной закалки сталей с использованием концентрированных источников нагрева // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). -2006. -№ 4 (33). -С. 17-19.

13. Иванцивский В.В., Скиба В.Ю., Зуб Н.П. Методика назначения режимов обработки, обеспечивающих рациональное распределение остаточных напряжений при поверхностной закалке ВЭН ТВЧ // Научный вестник НГТУ. -2008. -№ 3 (32). -С. 83-94.

14. Иванцивский В.В., Скиба В.Ю., Степанова Н.П. Назначение режимов поверхностной закалки с использованием концентрированных источников нагрева // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2005. – № 3 (28). – С. 22– 24.

15. Ivancivsky V., Parts K., Popov V. Depth distribution of temperature in steel parts during surface hardening by high frequency currents // Applied Mechanics and Materials. – 2015. – Vol. 788. – P. 129–135. – doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.788.129.

16. The features of steel surface hardening with high energy heating by high frequency currents and shower cooling / V.V. Ivancivsky, V.Y. Skeeba, I.A. Bataev, D.V. Lobanov, N.V. Martyushev, O.V. Sakha, I.V. Khlebova // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 156. – P. 012025. – doi: 10.1088/1757-899X/156/1/012025.

17. Formation of high-carbon abrasion-resistant surface layers when high-energy heating by high-frequency currents / N.V. Plotnikova, V.Y. Skeeba, N.V. Martyushev, R.A. Miller, N.S. Rubtsova // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 156. – P. 012022.

Актуальные проблемы в машиностроении. Том 5. № 1-2. 2018 Технологическое оборудование, оснастка и инструменты

Обсудить статью на Форуме Машиностроителей

Комментариев пока нет

{c_navigation}

Написать комментарий

Другие публикации по теме