Компьютерное моделирование процесса дорнования глубоких отверстий

На ПАО «Нижнекамскнефтехим» (входит в СИБУР) стартовал масштабный инвестиционный проект по созданию современного механического завода. Общие инвестиции в проект по модернизации могут составить несколько миллиардов рублей, рассказали «БИЗНЕС Online» в пресс-службе компании. Цель проекта — повысить защищенность и обеспечить бесперебойную работу предприятия за счет расширения возможностей по производству элементов для технологического оборудования; обеспечить технологическую независимость и защищенность предприятия. В ходе модернизации производства бо́льшая часть станков старого образца будет демонтирована. Им на смену придут 214 современных станков и стендов последнего поколения — многофункциональных, высокоточных, энергоэффективных, с высокой степенью автоматизации, программным управлением и максимальной цифровизацией. Цеха и мастерские нового ремонтно-механического завода нижнекамского предприятия СИБУРа смогут обеспечить потребности действующих и перспективных производств НКНХ. Также сейчас рассматривается синергия с другими предприятиями СИБУРа — „Казаньоргсинтезом“, „ЗапСибНефтехимом“ и „Томскнефтехимом“, — приводятся слова гендиректора НКНХ Марата Фаляхова. Прорабатывается возможность создания на платформе ремонтного производства «Нижнекамскнефтехима» ремонтного хаба Нижнекамского промышленного узла.При выходе на планируемые мощности ожидается увеличение производительности труда на 20−30%. Показатель по чистому времени работ увеличится с 25 до 60% к 2026 году. Также будет обеспечена прозрачность движения запасных частей. Срок реализации проекта — конец 2025 года. Останавливать ремонтное производство на время модернизации не станут, работы решено проводить поэтапно. Действующий механический завод «Нижнекамскнефтехима» начал свою работу еще в 1964 году. Один из крупнейших в республике, сегодня он занимает площадь около 40 тыс. кв. м, производство оснащено 970 станками, преимущественно аналоговыми. При этом завод должен обслуживать около 450 тыс. единиц оборудования НКНХ. В РМЗ производят валы, шестерни, корпусные изделия, детали емкостей и внутренние устройства реакторов, рабочие колеса и много другое. За год на ремонтно-механическом заводе производится более 20 тыс. запчастей.

3.1 Выбор метода моделирования и расчёт процесса дорнования
В машиностроении существенную популяризацию приобрели высокопроизводительные способы обрабатывания элементов глубоким пластическим деформированием (ППД), в частности дорнованием, обеспечивающие увеличение точности, а также свойства плоскостей и значительное усовершенствование их рабочих характеристик, характеризуемых увеличением глубины а также уровня упрочнения, благоприятными величинами, символом а также нравом распределения исчезающих усилий, но кроме того с изменением микроструктуры [1].
Обеспечение высочайшей правильности отверстий дорнованием представляется одной с базисных проблем данного хода. Тем не менее, равно как демонстрирует писательское исследование, теоретические и опытные изучения в данной сферы практически отсутствуют.
Предлагаемая в зависимое положение допуска отверстий заготовка в последствии дорнования δ1 с допуска заранее приготовленных отверстий δ проявляется уравнением [1]

δ1= δ/(1 3E/(3Dн/3(2+〖r1〗^2/〖r2〗^2 )), (3.1)

Его можно использовать при сверлении гладких цилиндрических отверстий в режиме полной перегрузки. Отмечается, что сверление таких глубоких отверстий позволяет повысить точность обработки на 30%-80%.
Предполагается, что точность, обеспечиваемая дорнованием в обычном режиме, оценивается по зависимости [1]

ε=1/(1-С)K, (3.2)

где E - коэффициент измельчения при сверлении, а C - определяемый коэффициент остаточной деформации при растяжении, зависящий от механических свойств материала обрабатываемого материала;
K - коэффициент, учитывающий влияние на точность величины колебаний механических свойств материала.
Зависимость остаточной деформации от напряжения в оправке в полуупругом состоянии режима имеет вид δ ost = CI−a.
Практические исследования точности при бурении показывают, что фактическая точность процесса определяется коэффициентом, который не превышает 1,4-1,6.
Ограниченное применение дорнования в производстве обусловлено отсутствием достаточно полных исследований в области формирования точности процесса, а следовательно, и отсутствием рекомендаций, пригодных для практического применения при контроле точности. Более детальный анализ формирования точности при сверлении позволяет выявить более широкий спектр факторов, негативно влияющих на точность [1].
Поэтому в данной работе поставлена задача выявить факторы, негативно влияющие на формирование точности отверстия при сверлении, и определить общую погрешность процесса, что позволяет разрабатывать системы контроля точности с использованием технических методов.
Процесс обработки отверстий в оправке в полуупругом режиме показывает, что общая погрешность, или поле рассеяния результирующего размера может быть выражена как первичная погрешность оправки, так и зависимостью от независимых величин [1]

δ=f(δм,δк,δx,δy,δи,δn), (3.3)

где δm - погрешность в размере, который должен быть выполнен, в зависимости от механических свойств материалов обрабатываемой детали,
δk - результирующая погрешность от изменения механических свойств материала партии обрабатываемых деталей;
δk - погрешность по жесткости стенки детали;
δy - погрешность установки заготовки для обработки на столе;
δи - увеличение в результате износа размеров инструмента, которое допускается при наименьшем максимальном диаметре;
δt - это допуск на размер диаметра инструмента.
Общая погрешность измерения размера, полученного при оправке, может быть определена по следующей формуле [2]

δ=δм+δx+t√(μк+〖δr〗^2+μy〖δy〗^2+μи〖δи〗^2+μt〖δт〗^2 ), (3.4)

где t - коэффициент, характеризующий процент риска возникновения дефектов при обработке (P=0,28%, t=3) - коэффициенты, зависящие от формы кривой распределения соответствующей первичной ошибки.
Распределение переменных k, y и t соответствует нормальному закону, тогда k, y, t равно 1/9, распределение переменных соответствует закону равной вероятности, для которого y равно 1/3.
Формирование ошибки первого порядка δm, δk, δx хорошо видно на рисунке 3.1.
Тогда общая ошибка обработки будет выглядеть следующим образом [2]

δ=δм+δx+√(〖δк〗^2+〖δy〗^2+3〖δи〗^2+δt^2 ), (3.4)

Рассмотрим влияние каждой первичной погрешности на формирование общей погрешности в оправке.
Как показано на рисунке 3.1, погрешность первого порядка с δm определяется зависимостью [2]

δ m⁡〖= δmaxупр- δminупр〗, (3.5)

где δmaxупр, δminупр - максимальные и минимальные значения упругой деформации при сверлении отверстий партиями деталей с разбросанной шириной δисх поля.
Они определяются следующим выражением [2]

δ min/упр=i_min-δ_ост^min
, (3.6)
δ max/упр=i_min-δ_ост^max

где imin и imax - минимальные и максимальные значения жесткости при сверлении отверстий.
δ max/ост,δ min/ост- жесткость imin и imax, образующие компоненты ширины поля рассеяния.

Рисунок 3.1 – Первичные погрешности δм,δк,δx
1- зависимость остаточной деформации от натяга при максимальной жесткости стенки; 2-зависимость остаточной деформации от натяга при минимальной жесткости стенки; 3-поле граничного рассеяния остаточной деформации; 4-зона рассеяния остаточной деформации, которая обеспечивает распределение фактических размеров в поле

Подставим выражения (3.4) и (3.5) в (3.6), то получим [2]

δм=imax-δ max/ост-imin+δ min/ост=imax-imin-(δ max/ост-δ min/ост)=δисх-δисх*c=δисх(1-С), (3.7)

Если мы представим 1−C=Км, то получим следующую формулу
δм=Кмδисх
Таким образом, основная погрешность δм будет определяться конкретным значением материала и начальной точностью детали, в которой выполняется оправка отверстия, т.е. механическими свойствами материала, из которых получается зависимость (см. рисунок 3.1). Эта ошибка полностью унаследована от предыдущей операции [2].
В то же время при сверлении партии деталей значение механических свойств материала этих деталей неодинаково.
Проведенные исследования показывают, что фактическая величина колебаний механических свойств материалов различных марок проката, выпускаемых металлургической промышленностью, в большинстве случаев значительно шире (до 50%) по сравнению с допустимыми значениями, установленными стандартом [2].
Таким образом, остаточная деформация в процессе изготовления оправки по напряжению imin-imax отличается от рассчитанной в соответствии с зависимостью (см. рисунок 3.1). Поле рассеяния фактического значения остаточной деформации расположено в зоне, окруженной границей 3. Остаточная деформация, попадающая в незатененную часть этих зон, формирует фактические размеры отверстий, помещенных в поле рассеяния δм. Размеры отверстий, образованных остаточной деформацией заштрихованной зоны, превышают границы поля рассеяния φm и расположены в пределах полей рассеяния φk и φ k, образуя погрешность φ K [2]

δк=δк^'+δк", (3.8)

Зависимость (3.8) и в соответствии с рисунком. 3.1, может быть записано [2]

δк^'=δ^' кисх (1-С)
, (3.9)
δ"=δ^" кисх (1-С)
δ^' исх=δ'ост/С
, (3.10)
δ^" исх=δ"ост/С

Если заменим (3.7) и (3.8) на (3.9) и (3.10), то получим [3]

δ^' к=(δ^' ост)/С(1-С)
, (3.11)
δ^" к=(δ^" ост)/С(1-С)

Учитывая (3.9) и (3.10), зависимость (3.11) принимает вид [3]

δ^' к=(δ^' ост)/С (1-С)+δ^" к=(δ^" ост)/С (1-С)=(〖(δ〗^' ост+δ^" ост)(1-С))/С, (3.12)

Получаем [3]

(1-С)/С=Кк, (3.13)

Исходя из этого [3]

δк=Кк(〖(δ〗^' ост+δ^" ост), (3.14)

1 погрешность δх определяется зависимостью [4]

δx=δ-δм, (3.15)

где [4]

δx=δисх(1-С^' )-δисх(1-С)=δисх(С-С^' ), (3.16)

Обозначаем [4]

С-С^'=Кx, (3.17)

Получаем [4]

δх=Кх*δисх, (3.18)

Основная погрешность при монтаже определяется величиной торцевого биения основания относительно оси отверстия, что приводит к перекосу оси инструмента относительно оси отверстия в оправке и, следовательно, к изменению размера отверстия. Это определяется выражением [4]

δy=(∆Tl(1-C))/d, (3.19)

где T - биение основного конца детали по диаметру d;
l - длина отверстия.
Основная погрешность, которая определяется допуском на размер диаметра инструмента. Предполагается, что T равно допуску δx на размер калибровочных зубьев, который выполняется в соответствии со стандартом 5-6 (ГОСТ25.346-82) [5].
Основная погрешность определяется размерным износом инструмента и определяется в соответствии с допустимым износом при минимальном граничном размере калибровочных зубьев. Часто фактором, ограничивающим износ инструмента, является обеспечение требуемой шероховатости [5].