Способ формирования технологического ремонтного блока
Владельцы патента RU 2333088:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет" (ГУ КузГТУ) (RU)
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к ремонту деталей. Производят кодирование и группирование поверхностей деталей по конструктивно-технологическим признакам, кодирование видов отказов и совокупности трибохарактеристик сгруппированных поверхностей деталей, выраженной в виде комплексного показателя, характеризующего их равновесное состояние. Создают виртуальный выпуклый многогранник: икосаэдр, додекаэдр или куб, имеющий виртуально поворачиваемые вокруг трех координатных осей конгруэнтные выпуклые многогранники. На грани конгруэнтных выпуклых многогранников наносят коды условий эксплуатации, способов восстановления, способов чистовой обработки и упрочнения, совокупность индексов элементов технологического ремонтного блока и полученные коды поверхностей деталей, совокупности трибохарактеристик и видов отказов. При этом осуществляют установку сочетаний граней конгруэнтных выпуклых многогранников путем логического поиска. В результате обеспечивается выбор оптимальной структуры технологического ремонтного блока и повышается качество ремонта. 5 ил., 1 табл.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к ремонту (восстановлению) деталей, отказавших из-за износа или разрушения.
Из уровня техники известно, что обработка, в том числе ремонт деталей машин в соответствии с принципами единой системы технологической подготовки производства (ЕСТПП) базируется на конструктивно-технологической классификации деталей или их поверхностей (ГОСТ 2.201-80. Технологический классификатор деталей машиностроения и приборостроения. М.: Изд. ст-ов, 1982; 14.001-73; С.П.Митрофанов. Групповая технология машиностроительного производства. ч.1, Л.: Машиностроение, 1983, стр.58; Б.М.Базров. Модульная технология в машиностроении. - М.: Машиностроение, 2001 г.). На основе классификационных групп деталей или их поверхностей, исходя из требуемых параметров качества, годовой программы и других условий, формируются технологические блоки (совокупности оборудования, приспособлений, инструментов и др.). Зависимость структуры технологического блока от исходных параметров является многофакторной и может быть представлена информационной моделью в виде таблицы или математических формул, выражающих объективные или статистические зависимости.
Известные методики классификации деталей или их поверхностей не содержат в качестве критериев комплекс трибохарактеристик (параметров качества контактирующих поверхностей), условия эксплуатации (характеристики среды, в которой работают поверхности деталей, определяющих отказы), характер отказа и др., которые предопределяют выбор оптимальной структуры технологического ремонтного блока (ТРБ), который технологически обеспечивает качество конкретного способа ремонта деталей машин.
Известен способ изготовления деталей (а.с. СССР №1328160, B23Q 41/00, опубл. 07.08.87, бюл. №29), включающий группирование деталей по служебному назначению геометрически сходных поверхностей. Этот способ не обеспечивает формирование ТРБ, так как не содержит трибохарактеристик, не учитывает условия эксплуатации, не содержит структурные элементы ТРБ.
Известен также способ оценки качества поверхностного слоя функциональных поверхностей деталей комплексным параметром, зависящим от трибохарактеристик (А.Г.Суслов, A.M.Дальский. Научные основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 2002, стр.68)
где Нр - высота сглаживания макроотклонения, мкм;
Wp - высота сглаживания волнистости, мкм;
Rp - высота сглаживания профиля шероховатости, мкм;
Sm - средний шаг неровностей профиля, мм;
Ин - степень наклепа, %;
λ - коэффициент, учитывающий влияние на износ поверхностных остаточных напряжений,
где σв - предел прочности материала, МПа;
σост - поверхностное остаточное напряжение, МПа;
σа - действующее значение амплитудного напряжения на поверхности трения, МПа;
ty - параметр фрикционной усталости при упругом контакте.
Этот способ также не учитывает условия эксплуатации, виды отказов и не увязан со структурными элементами ТРБ.
Все вышеуказанные способы не представлены информационной моделью, в которой были бы учтены исходные предпосылки, предопределяющие выбор структуры ТРБ и структурные элементы ТРБ.
Известен также способ формирования моделей многофакторных зависимостей и решения логических задач на основе концепций кубологии (например, использование кубика Рубика по патенту HV 170062 от 10.03.1981 г.), который содержит 27 кубиков, а совокупность 9 кубиков, образующих одну из сторон куба, поворачивается вместе последовательно в двух направлениях вокруг координатных осей на 90°, 180°, 360°. Грани кубиков являются носителями параметров информации, формирование определенных сочетаний которых решает конкретную логическую задачу.
Недостатком способа формирования информационной модели ТРБ на базе кубика Рубика (3×3) является ограниченное количество граней - носителей информации (54×3=162).
В качестве условного прототипа формирования информационной модели ТРБ, как основы для выбора способа ремонта деталей, можно принять характеристические таблицы и прямоугольные матрицы исходных данных (см. Танаев B.C., Поварич М.П. Синтез граф-схем алгоритмов выбора решений. - Минск: Наука и техника, 1984, стр.11-20 и Математический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия, 1988, стр.358).
Недостатком прототипа является сложность представления большого числа кодов учитываемых факторов и структурных элементов ТРБ, их селекции и формирования логически определенных совокупностей компонентов.
Задача изобретения заключается в создании способа формирования технологического ремонтного блока.
Решение указанной задачи достигается тем, что в способе формирования технологического ремонтного блока согласно изобретению производят кодирование и группирование поверхностей деталей по конструктивно-технологическим признакам, кодирование условий эксплуатации, видов отказов и совокупности трибохарактеристик сгруппированных поверхностей деталей, выраженной в виде комплексного показателя, характеризующего их равновесное состояние, создают виртуальный выпуклый многогранник: икосаэдр, додекаэдр или куб, имеющий виртуально поворачиваемые вокруг трех координатных осей конгруэнтные выпуклые многогранники, на грани которых наносят коды условий эксплуатации, видов отказов, полученные коды поверхностей деталей, совокупности трибохарактеристик, способов восстановления, способов чистовой обработки и упрочнения, совокупности индексов элементов технологического ремонтного блока, при этом осуществляют установку сочетаний граней конгруэнтных выпуклых многогранников путем логического поиска.
Технический результат заявляемого изобретения состоит в формировании технологического ремонтного блока на базе информационной модели в виде виртуального выпуклого многогранника (икосаэдра, додекаэдра или куба), состоящего из виртуально поворачиваемых вокруг трех координатных осей конгруэнтных выпуклых многогранников, на грани которых нанесены коды условий эксплуатации, видов отказов, поверхностей деталей, трибохарактеристик, способов восстановления, чистовой и упрочняющей обработок, совокупность структурных элементов ТРБ, а установку необходимых сочетаний граней осуществляют путем логического поиска.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема ранжированной последовательности формирования технологического ремонтного блока, соответствующего конкретной группе поверхностей (блоки 1-10); на фиг.2 - восстанавливаемая гильза, как пример; на фиг.3 и 4 - технологические ремонтные блоки для восстановления гильз, как пример; на фиг.5 (а, б, в) - выпуклые многогранники с многогранными виртуально поворотными элементами (а - икосаэдр, б - додекаэдр, в - куб в зависимости от необходимой информационной емкости модели ТРБ).
Предложенный способ ремонта формирования технологических ремонтных блоков реализуют следующим образом.
Производят идентификацию (кодирование) и группирование условий эксплуатации, модулей поверхностей объектов ремонта (рабочих и базирующих), например, внутренних и наружных поверхностей цилиндров, зубьев и посадочных отверстий зубчатых колес, элементов лемехов и др. по конструктивно-технологическим признакам (форма, размеры, масса, материал, точность, шероховатость (Ra), вид кинематической пары или фермы (блоки 1 и 2 на фиг.1));
- в пределах каждой полученной группы производят идентификацию (кодирование) заданных трибохарактеристик, определяемых конструкцией и условиями эксплуатации (температура, нагрузки, коррозионность и др.), в виде параметра С в диапазоне 0,06-2,4 (блок 3 на фиг.1);
- индексируют (кодируют) виды отказов (блок 4 на фиг.1);
- выбирают один или несколько ранее закодированных способов восстановления, совокупность индексов элементов технологического ремонтного блока (оборудование, приспособление, инструмент, оргтехника, технологический материал, режимы, средства контроля и др.) (блок 5 на фиг.1), производят выбор по экономическим критериям и реальным возможностям;
- аналогично - по способам чистовой обработки и упрочнения (блок 6 на фиг.1);
- совокупность индексов-кодов по блокам 1-6 на фиг.1 дает индексы-коды вариантов технологических ремонтных блоков для ремонта конкретного модуля поверхностей элементов кинематической пары или фермы (блок 7 на фиг.1);
- определяют технологические и экономические критерии (блок 8 на фиг.1);
- информационную модель технологического ремонтного блока (ТРБ) выполняют в виде виртуального выпуклого многогранника (в зависимости от необходимой информационной емкости: икосаэдра, додекаэдра, куба или др.), состоящего из виртуально независимо поворотных вокруг трех осей координат конгруэнтных (соразмерных, которые при движении могут занимать место друг друга) многогранников, грани которых являются носителями индекс-кодов критериев группирования элементов объектов ремонта, условий эксплуатации, характера отказов и структурных элементов ТРБ, на любой угол, определяющий их конгруэнтность.
Носителями каждого индекса-кода по блокам 1-6 на фиг.1 являются грани виртуально поворотных многогранных элементов (например, шестигранников) в составе виртуального выпуклого многогранника (куба 5×5 на фиг.5, в).
Селекция и формирование оптимальной совокупности индексов-кодов в пределах выпуклого многогранника производится в соответствии с установленной логикой - алгоритмом при помощи компьютера (блок 9 на фиг.1). После этого разрабатывается и реализуется техническое задание на формирование оптимального ТРБ (блок 10 на фиг.1) по структурным элементам в блоке 7 на фиг.1.
Конкретное применение способа показано на примере формирования ТРБ для ремонта гильзы 1 цилиндров (фиг.2). Индексы-коды условий эксплуатации, кинематической пары (гильза - поршень), модулей поверхностей, конструктивно-технологических признаков, трибохарактеристик в виде комплексного параметра С, видов отказа, способов восстановления и отделочно-чистовой обработки, элементов ТРБ (блоки 1-10 на фиг.1) заносят в таблицу, а потом - на грани элементов выпуклого многогранника в виде куба 5×5 (фиг.5, в). При этом в качестве способа восстановления гильзы 1 выбран способ искусственной усадки изношенного отверстия гильзы 1 путем создания градиента температур: нагрев гильзы 1 токами высокой частоты (ТВЧ) в индукторе 2 до 900°С, спрейерное охлаждение 3 с перемещением гильзы 1 со скоростью 4 мм/с (фиг.3). Чистовую обработку гильзы 1 производят шлифованием и хонингованием специальным инструментом 5 на оправке 6 на вертикально-сверлильном станке 7 (фиг.4). Для повышения износостойкости проводят азотирование.
| Таблица | |
| Структура технологического ремонтного блока для ремонта гильзы 1 (фиг.2), соответствующая конкретным конструктивно-технологическим признакам, в т.ч. модулям поверхностей, трибохарактеристикам, условиям эксплуатации, виду отказа (приведен один вариант). | |
| Наименования идентифицируемых критериев условий эксплуатации и объекта ремонта | Индекс-код |
| 1 | 2 |
| Условия эксплуатации (комплекс) - тепловое и коррозионное воздействие, трение | 1-3 |
| Класс детали - гильза | 2-12 |
| Габариты, мм: диаметр (ширина) - 146 | 2-21 |
| диаметр центрального отверстия - 120 | 2-22 |
| длина - 224 | 2-23 |
| Материал - чугун специальный | 2-42 |
| Твердость - HRC 45-50 | 2-62 |
| Модуль поверхности - МПР 121 | 2-121 |
| Масса, кг - 5 | 2-31 |
| Точность - +0,031 мм и шероховатость | 2-52 |
| Кинематическая пара - цилиндр - желоб | 2-Ж |
| Комплексный параметр С, характеризующий трибохарактеристики, в диапазоне 0,06-2,4, разбитом на 4 интервала (через 0,6) | 3-4 |
| Вид отказа - износ по внутреннему диаметру до 0,4 мм, овальность, риски, задиры, коррозия | 4-1 |
| Наименование идентифицируемых элементов ТРБ (восстановления) | |
| Способ восстановления - пластическое деформирование, благодаря созданию градиента температур | 5-8 |
| Оборудование: стенд - вращатель с установкой ТВЧ | 5-1 |
| Оснастка: индуктор | 5-2 |
| спрейер | 5-3 |
| Режимы: температура нагрева - 900°С скорость перемещения детали - 4 м/с | 5-5 |
| Контрольно-измерительный инструмент (комплекс) индикаторная пробка штангенциркуль ШЦ- III, 0,1 ГОСТ 166-78 | 5-6 |
| Способ: шлифование | 6-3 |
| Оборудование: вертикально-сверлильный станок 2Н50 | 6-1 |
| Приспособление установочное универсально-сборное с механо-гидравлическим зажимом | 6-2 |
| Инструмент - оправка с карборундовыми брусками или хон | 6-3 |
| 1 | 2 |
| Режимы резания: t=0,15 мм; S=0,05 мм/об; V=30 м/с (комплекс) | 6-4 |
| Контрольно-измерительный инструмент (комплекс): индикаторная пробка твердость профилометр - профилограф | 6-5 |
| Азотирование | 6-12 |
| Экономические критерии | |
| Критерий долговечности Кд | 8-0,9 |
| Стоимость восстановления детали Св<КдСн, где Сн - стоимость новой детали, руб. | 8-120 |
Способ формирования технологического ремонтного блока, характеризующийся тем, что производят кодирование и группирование поверхностей деталей по конструктивно-технологическим признакам, кодирование условий эксплуатации, видов отказов и совокупности трибохарактеристик сгруппированных поверхностей деталей, выраженной в виде комплексного показателя, характеризующего их равновесное состояние, создают виртуальный выпуклый многогранник: икосаэдр, додекаэдр или куб, имеющий виртуально поворачиваемые вокруг трех координатных осей конгруэнтные выпуклые многогранники, на грани которых наносят коды условий эксплуатации, способов восстановления, способов чистовой обработки и упрочнения, совокупность индексов элементов технологического ремонтного блока и полученные коды поверхностей деталей, совокупности трибохарактеристик и видов отказов, при этом осуществляют установку сочетаний граней конгруэнтных выпуклых многогранников путем логического поиска.
