Com foco na solução do problema de usinagem de alta precisão da face final inferior do furo de uma válvula selada em um corpo de válvula de aviação, realizamos pesquisas independentes e adotamos um dispositivo motorizado de face final de retificação com pressão ajustável/estabilizada, par de guia de precisão, ajuste esférico e compensação de erros de transmissão e posicionamento. (ZL201820823098.4) A nova tecnologia de processo resolveu com sucesso os problemas técnicos do processo, como planicidade, rugosidade superficial e verticalidade com base no eixo do furo guia que exigem alta precisão para a face da extremidade inferior de furos profundos, e expandiu a alta - Face final de precisão de furos profundos. A tecnologia de processamento tem as vantagens de forte praticidade de fixação e alta eficiência de processamento.
1 Prefácio
Um determinado produto de servoválvula é projetado com uma estrutura especial. Uma peça de válvula é instalada em um furo de φ15H7 94mm de profundidade na peça do corpo da válvula. O diâmetro externo da válvula e o diâmetro interno do orifício da válvula são conectados por uma vedação de acoplamento de válvula deslizante (consulte a Figura 1). Quando as peças da válvula são forçadas a se mover em posições diferentes, a comutação do circuito de óleo é realizada [1]. Quando normalmente fechado, o plano inferior do orifício da válvula também é a superfície de vedação. Seu nivelamento, rugosidade superficial e perpendicularidade ao eixo do furo são tão altos quanto IT7 e superiores. Sua estrutura de superfície inferior e valores característicos são mostrados na Figura 2. mostrado.
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a) A posição da válvula que conecta os orifícios B e C ao abrir
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b) Posição da válvula conectando os furos A e B quando normalmente fechada
Figura 1 Diagrama esquemático da vedação do acoplamento da válvula deslizante
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Figura 2 Diagrama esquemático da face final inferior do orifício da válvula e da estrutura do orifício da válvula
Se esta conquista técnica for implementada com sucesso, um dispositivo de retificação da superfície da extremidade inferior do furo profundo com orientação de precisão, força de baixa pressão e controlabilidade estável deve ser desenvolvido com base no princípio de retificação plana para obter usinagem de precisão da superfície da extremidade inferior do furo. Devido ao bloqueio técnico imposto pela tecnologia de aviação estrangeira ao nosso país, é difícil obter tecnologia de moagem relevante. Na tecnologia existente, para retificar o plano inferior do furo, geralmente é utilizada a tecnologia de retificação abrasiva magnética [2], que apresenta vantagens no processamento de acabamento de superfícies curvas complexas. , o valor da rugosidade da superfície diminui e a eficiência é maior, mas a capacidade de alterar ou melhorar a precisão geométrica, como a planicidade do plano de solo, é fraca, portanto a versatilidade é fraca. Na técnica anterior, existe também um método de retificação do plano final inferior do furo usando uma haste de retificação com um plano final. Por exemplo, o documento de patente CN201361804Y divulga uma ferramenta de retificação de fundo de furo profundo para uma mandriladora e fresadora CNC. No entanto, este componente de moagem ainda não foi utilizado. Pode levar em consideração os requisitos de perpendicularidade da superfície final a ser retificada e o eixo do furo de referência. No processo de operação real, ao retificar o plano da extremidade inferior de furos com diferentes profundidades de furo, é necessário puxar a cupilha e, em seguida, separar a haste de retificação da haste de transmissão. Só então a haste de moagem pode ser substituída pelo comprimento correspondente. Ao mesmo tempo, o processamento de estruturas com furos profundos e ranhuras é complicado, tem baixa eficiência no processo de fabricação real e é inconveniente para instalar [3].
O componente de retificação (número de patente ZL201820823098.4) desenvolvido independentemente por esta conquista tecnológica pode não apenas levar em consideração requisitos de qualidade, como planicidade, rugosidade superficial e perpendicularidade em relação ao eixo do furo de referência da superfície da extremidade inferior do furo, mas também pode ser usado para retificação de superfícies de diferentes profundidades de furo. , ele pode ser parado diretamente e a haste de moagem correspondente pode ser removida e substituída. A operação é mais conveniente e pode melhorar ainda mais a eficiência da moagem.
Todas as tecnologias-chave existentes foram resolvidas e vários indicadores técnicos não apenas atenderam aos requisitos de qualidade do projeto, mas também atingiram o nível avançado nacional. Esta conquista tecnológica foi promovida e aplicada com sucesso na produção de peças de corpo de válvula para produtos de servoválvulas que suportam uma variedade de modelos de aeronaves importantes nacionais, gerando benefícios económicos consideráveis e contribuindo para o desenvolvimento da indústria da aviação do meu país.
2 ideias de pesquisa
2.1 Análise das dificuldades do processo
Para processamento de furos profundos, o processamento de fundo plano é uma dificuldade de processamento tradicional. Especialmente para o furo da válvula neste projeto, a relação entre a profundidade do furo e o diâmetro do furo excede 6:1, o que pertence ao processamento de furo profundo. Devido à baixa rigidez da ferramenta e à forte vibração e deflexão da ferramenta, é difícil para os métodos tradicionais de processo de torneamento e mandrilamento garantir simultaneamente a rugosidade da superfície, planicidade e perpendicularidade ao furo de referência na parte inferior de furos profundos de alta precisão. A tecnologia existente de retificação e polimento não pode levar em consideração os três indicadores-chave deste projeto, por isso é necessária a realização de pesquisas técnicas sobre retificação da superfície da extremidade inferior do furo.
Além disso, as principais características deste projeto, o nivelamento da face da extremidade inferior do furo {{0}},01 mm e a perpendicularidade da face da extremidade inferior do furo e o eixo do furo correspondente da válvula 0,03 mm, pode ser detectado diretamente usando coordenadas tridimensionais, mas o valor da rugosidade da superfície da face final do furo Ra =0 0,1 μm, devido ao furo ser profundo e o medidor de rugosidade da superfície não pode realizar a detecção direta , portanto, é necessário procurar um método de medição indireta confiável.
2.2 Ideia geral
1) O furo φ15H7 é combinado com a microfolga da válvula, fazendo uso total da tecnologia de subprocessamento de acoplamento de precisão para desenvolver um poste guia de precisão e ferramentas de bucha guia para atender à verticalidade de alta precisão e outros requisitos. Em seguida, recorremos à tecnologia existente e aos princípios e experiência de retificação plana para desenvolver uma pressão ajustável/força estabilizadora é aplicada, e o projeto do mecanismo, como conexão de junta esférica e erro infinito, é adotado [4] para obter usinagem de precisão da extremidade inferior face do buraco.
2) A retificação é um processo de acabamento, adequado para processamento com pequenas tolerâncias de microusinagem, e o autodano das ferramentas de retificação é grave. Para melhorar a eficiência da produção, é necessário desenvolver um novo processo para processar o fundo do furo antes da retificação.
3) Tendo em vista o difícil problema de medir o valor da rugosidade superficial Ra=0.1μm na superfície inferior do furo, o método de inspeção de corte da primeira peça é adotado para resolver o problema.
Portanto, a chave para o sucesso deste projeto está no equipamento de processo de ferramentas de retificação desenvolvido, que deve atender simultaneamente aos requisitos de rugosidade superficial, planicidade e verticalidade, e atender aos requisitos de eficiência de produção no local.
2.3 Soluções técnicas
(1) Desenvolvimento da mesa do dispositivo de retificação: Desenvolver de forma independente um novo tipo de dispositivo de retificação da superfície da extremidade inferior do furo motorizado. A fim de obter um processamento de retificação eficiente e de alta qualidade da superfície da extremidade inferior do furo e atender aos requisitos finais do produto, o mais importante é a retificação da superfície da extremidade inferior do furo. O dispositivo de retificação deve levar em consideração o nivelamento e a rugosidade da superfície da face final inferior do furo, bem como os requisitos de verticalidade em relação ao eixo do furo de referência, e usar furos correspondentes de alta precisão como guias. Para garantir este requisito de qualidade, a equipe do projeto desenvolveu de forma independente um dispositivo de retificação (componente de retificação ZL201820823098 .4).
A retificação do plano na parte inferior do furo não serve apenas para obter um menor valor de rugosidade superficial, mas, mais importante, para obter uma maior precisão do plano [5]. Quanto menor o valor do erro de planicidade, melhor, e é necessário reduzir a operação de retificação (tradicional). A dependência de operadores altamente qualificados durante o processo reduz a intensidade do trabalho e, assim, melhora a eficiência da retificação.
(2) Estrutura do dispositivo de retificação: O dispositivo de retificação projetado e fabricado é um dispositivo de retificação de superfície de extremidade inferior de furo motorizado (veja a Figura 3), que fornece energia confiável com a ajuda de ajuste de velocidade contínuo e altura de ferramenta limitada (como mandrilamento coordenado máquinas e outros equipamentos). O dispositivo de retificação consiste em 4 partes: um mecanismo regulador/estabilizador de tensão, um mecanismo auxiliar de transmissão com cabeça esférica, um par de guias e uma haste de retificação. Mecanismo regulador/estabilizador de tensão, compressão de mola controlável para estabilizar a força na superfície de retificação. O mecanismo de transmissão auxiliar com cabeça esférica facilita a operação da embreagem. A função da cabeça esférica é corrigir e compensar o erro de verticalidade entre a superfície final da haste retificadora e o eixo do fuso quando ela é instalada, garantindo que a superfície final de trabalho da haste retificadora e a superfície final a ser retificada sejam em ajuste confiável. Esta é a chave. A superfície circunferencial externa do pino foi projetada para ser mais baixa que o centro da cabeça esférica. O par de guias é adequado para guiar ao retificar o fundo de furos profundos para garantir os requisitos de perpendicularidade entre a superfície final a ser retificada e o furo de referência. Ao projetar um dispositivo de retificação de superfície de extremidade inferior com furo raso, não há necessidade de projetar uma guia, e a cabeça esférica pode ser automaticamente alinhada diretamente para que a superfície de trabalho da haste de retificação se ajuste à superfície final a ser retificada. A própria haste de moagem requer alta precisão de fabricação. Por exemplo, a planicidade da face final de retificação e a perpendicularidade da face final de retificação em relação ao eixo de referência de rotação são necessárias para atingir o nível de mícron. Ao mesmo tempo, o tamanho do veio da face da extremidade da haste de retificação afeta a qualidade e a eficiência da retificação. Também é enorme. A experiência de projeto de ranhuras de "poço" (largura da ranhura 0 0,25 mm, profundidade 0 0,5 ~ 1 mm, espaçamento de 1 mm e distribuídas uniformemente) obtida por meio de verificação experimental tem o efeito de melhorar a qualidade e a eficiência durante a retificação a face final inferior do furo φ15H7 com profundidade de 94 mm. Melhor (ver Figura 4 e Figura 5).
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Figura 3 Estrutura do dispositivo de moagem
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Figura 4 Veias na superfície final da haste de moagem
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Figura 5 Resultados de comparação dos efeitos de retificação
Os requisitos de produção para este dispositivo também são muito elevados. Durante a construção do processo, peças de acoplamento com uma folga correspondente de {{0}}.004 a 0,006 mm precisam ser afiadas/retificadas para processar o furo interno, e retificação sem centro/retificação cilíndrica para processar a folga de precisão cilíndrica para atender às funções de posicionamento e orientação. Para montagens com um requisito de folga correspondente de 0,03 mm, técnicas de processamento como escareamento/torneamento são adotadas para atender aos requisitos de montagem (ver Figura 6).
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Figura 6 Roupas de trabalho reais
As etapas práticas para ferramentas são as seguintes.
1) Determine a quantidade de compressão da mola com base na força elástica da mola (veja a Figura 7), desenhe uma linha de marcação na superfície externa da haste guia (um marcador vermelho será suficiente) e pré-aperte o parafuso de macaco para fixar isto.
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Figura 7 Quantidade de compressão da mola
2) O mandril da máquina-ferramenta segura o mecanismo regulador/estabilizador de tensão, conforme mostrado na Figura 8.
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Figura 8 Teste de ferramental
3) Posicione a peça corretamente ou fixe-a com um acessório de forma que a superfície a ser retificada fique na horizontal.
4) Ajuste a máquina-ferramenta ou peças de modo que a superfície esférica côncava da haste guia se encaixe na superfície esférica convexa da haste de retificação e verifique se a instalação está no lugar, afrouxando o parafuso de macaco.
5) Aplique uma espessura uniforme de pasta abrasiva na superfície da extremidade de retificação da haste de retificação, coloque a haste de retificação no orifício correspondente e confirme manualmente se a instalação está no lugar.
6) Insira o pino-haste no orifício correspondente à cabeça esférica da haste de retificação, de modo que os comprimentos expostos de ambas as extremidades do pino-haste sejam aproximadamente iguais e confirme manualmente se a conexão é confiável.
7) Defina os parâmetros da máquina-ferramenta, inicie a máquina-ferramenta para operação de retificação e pare após a retificação por um único período.
Entre no próximo ciclo de operação até que a qualidade da superfície final retificada seja qualificada. Deve-se observar que ao retirar a haste de moagem após cada ciclo de moagem, deve-se usar lixa de água para limpar as rebarbas circundantes.
Este dispositivo atende às necessidades de produção de operações de moagem contínuas e estáveis. Ele não apenas permite que a qualidade da superfície de retificação atenda aos requisitos de qualidade do projeto, mas também melhora a eficiência de retificação em mais de 5 vezes em comparação com a retificação manual tradicional. Em particular, os requisitos de nível de habilidade do operador são bastante reduzidos e não há necessidade de designar técnicos mais aptos e pessoal com níveis de habilidade acima para operar (é suficiente ser capaz de operar o equipamento) reduz muito a intensidade de trabalho dos operadores.
A Figura 9 mostra o teste de retificação, e os parâmetros empíricos foram obtidos através de múltiplos testes. Dados de experiência para superfície de retificação 1 de φ15mm: velocidade do fuso 6{7}}r/min, elasticidade da mola 4,6N·mm, espessura do filme de pasta de retificação W5 de cerca de 00,2mm, duração de retificação de 15s/tempo. Dados de experiência para a superfície de retificação φ15mm 2: velocidade do fuso 60r/min, força elástica da mola 4,6N·mm, espessura do filme da pasta de retificação M5 de cerca de 0,4mm, duração da retificação 2,5s/tempo. Deve-se observar que, independentemente do método utilizado, existe o risco de arranhões no desbaste se o tempo limite for muito longo. A pasta de moagem deve ser substituída a tempo e a operação do ciclo deve ser realizada até que as peças estejam qualificadas.
