Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,118

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ СВЕРЛЕНИЯ В ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ

Тарасова О.Г. 1 Чернова М.С. 1 Корчин А.И. 2
1 ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный технологический университет»
2 ООО «Фабрика Маэстро»
Рассмотрена возможность совершенствования технологического процесса в условиях экономического кризиса и спада производства. Результаты измерения диаметров и расположения отверстий под ввертные петли, отраженные на контрольных картах, свидетельствуют о том, что процессы сверления по кондуктору и на одношпиндельном станке с числовым программным управлением находятся в статистически управляемом состоянии, однако имеются отклонения в размерах и взаимном расположении отверстий. Последовательное сверление до восьми отверстий значительно снижает точность, повышая трудозатраты и себестоимость. Ввиду отсутствия необходимого многошпиндельного оборудования для присадки под заданным углом предложена конструкция нового устройства, позволяющего значительно повысить производительность и точность обработки за счет жесткого базирования длинномерных деталей до 2,5м с одновременным сверлением от двух до четырех парных отверстий при межцентровом расстоянии в 25мм по 11–12квалитету.
точность сверления и расположения отверстий
контрольная карта
дефекты сверления
сверлильный станок
1. ГОСТ 25346-89 Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений. – Введ.1990-01-01. – М.: Изд-во стандартов, 1990. – 23с.
2. Елисеева М.С., Тарасова О.Г. Осовершенствовании сверлильного оборудования для изделий из древесины// Проблемы и перспективы инновационного развития экономики регионов России: материалы II Международной научно-практической конференции молодых преподавателей, аспирантов и студентов, 25–26 декабря 2014г./ под общ. ред. В.В. Двоеглазова. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2015. – С. 66–69.
3. Пат. 2549560 Российская Федерация МПК G01В 3/28. Способ и устройство для контроля точности формы изделия, расположения и размеров отверстий/ Тарасова О.Г., Толстова Н.И. №201251980/28; 31.03.2015 Толстова Н.И., – RU 2549560 С2; заявл. 22.06.2013; 27.04.2015 Бюл. №12.
4. Промышленность республики Марий Эл. Статистический сборник/ Территориальный орган федеральной службы государственной статистики по Республике Марий Эл. – Йошкар-Ола, 2015. – 266с.
5. Тарасова О.Г. Оценка точности сверления при производстве дверей деревянных/ О.Г.Тарасова, М.С. Елисеева// Сб. научных трудов IIIМеждународной научно-технической конференции. – Кострома, 2015. – С. 91–94.

Выпуск высококачественной экологически безопасной и конкурентоспособной продукции в виде дверей, оконных блоков, домов, мебели и другой продукции при удовлетворении достаточно высоких требований потребителей – цель многих производителей. Обширные лесные массивы со смешанным типом леса, где пихта, ель и сосна соседствуют с липой, дубом, берёзой, осиной, клёном и вязом, занимают более половины территории, поэтому деревообработка является одной из ключевых отраслей экономики. Анализ показал, что объемы производства по Республике Марий Эл распределяются неравномерно, о чем свидетельствуют статистические данные, представленные в табл.1 [4].

Таблица 1

Объемы производства в РМЭ за 2009–2014 годы

Вид лесопромышленной продукции

Исследуемый период

2009

2010

2011

2012

2013

2014

Блоки дверные в сборе, тыс. м2

376,1

321,6

258,6

204,7

230,7

202,3

Блоки оконные в сборе, тыс. м2

20,2

12,7

14

11,1

20,4

22,6

Исследования рынка производителей деревообрабатывающего оборудования позволили установить, что наблюдается общее сокращение числа произведенных станков, которое составило в 2014году по сравнению с 2013годом 92,2 %, а объем производства, в частности, станков деревообрабатывающих сократился на 9,8 %. Однако, несмотря на определенные трудности, нельзя говорить о резком снижении объемов выпуска. Разрабатываются более совершенные модели образцов продукции, улучшается комплектация за счет применения новых видов образцов фурнитуры. Постановка на производство экспериментальных моделей требует тщательной проработки многих составляющих, а именно всех элементов технологической цепочки: конструкция изделия – технология изготовления – технологическое оборудование – комплектующие (фурнитура), при этом ориентация на потребителя направлена на обеспечение соответствия результатов работы заданным показателям качества [5].

Наличие сырьевой базы, высококвалифицированных специалистов, производственных мощностей позволяют выпускать продукцию, пользующуюся спросом не только на внутреннем рынке республики, но и далеко за ее пределами, при этом следует отметить, что многие производители Марий Эл испытывают ряд трудностей:

  • в приобретении высокосортного сырья;
  • подборе соответствующего оборудования или оснастки для подготовки изделий под установку новых видов фурнитуры (в частности петель для навески дверей);
  • обработке древесины, так как она имеет анизотропные свойства и т.д.

Развивающееся строительство жилых и общественных зданий постоянно требует выпуска дверных блоков, в том числе имеется большой спрос на элитное жилье и улучшенные конструкции дверей. Впоследнее время повысился интерес потребителей к дверным полотнам с наплавом, имеющим конструкцию, позволяющую устранить наличие зазоров между полотном и коробкой, с повышением звукоизоляции и возможностью отрегулировать при помощи фурнитуры расположение полотна в пространстве и т.д. Несмотря на ряд преимуществ данного вида дверей следует отметить то, что, сверление отверстий для установки петель производится на приспособленном оборудовании: при помощи кондуктора на рабочем месте или на одношпиндельных станках.

Результаты контроля свидетельствуют о наличии отклонений от заданных размеров, форм и расположения отверстий в чистовых деталях, что задерживает дальнейшую обработку и сборку изделий, т.к. требует дополнительных технологических операций для их ликвидации. Неточность расположения и овальность отверстий ведут к образованию перекосов при установке, а уменьшение расстояния до кромки поверхности при изменении продольной оси отверстия влечет к образованию трещин и разрушению конструкции. Поэтому очень важно точное соблюдение заданного диаметра и межосевого расстояния парных отверстий, выбираемых под ввертные петли в соответствии с заданным квалитетом [3].

Анализ сверлильно-присадочного оборудования для выполнения данной технологической операции [2] позволил установить следующее:

1) имеется многошпиндельное сверлильно-присадочное оборудование, позволяющее высверливать отверстия в горизонтальной и вертикальной плоскостях, однако оно предназначено для мебельных изделий и имеет шаг между сверлами 32мм (только для установки мебельной фурнитуры);

2) имеются одношпиндельные сверлильно-пазовальные станки, однако они имеют малые размеры рабочего стола 300–600мм и для обработки длинномерных столярных конструкций дополнительно требуются:

а) продольные стопоры для укладки заготовки;

б) зажимы для жесткой фиксации при сверлении;

3) станки с числовым программным управлением (ЧПУ) имеют необходимую точность обработки, но высокую стоимость;

4) сверление на ЧПУ производится за несколько циклов посредством перемещения каретки шпинделя. При износе оборудования возможно образование овальности отверстий.

Для установления необходимости разработки нового оборудования и принятия решения, основанного на достоверных фактах, выполнены исследования точности сверления диаметров отверстий и межосевого расстояния под ввертные петли на поверхностях продольных стоевых брусков двери и коробки дверей с наплавом (рис.1). Специфика конструкции и установки данных петель состоит в необходимости сверления под спаренные отверстия.

pic_61.tif

Рис.1. Контролируемые размеры:lн – нормативное межосевое расстояние; l – измеряемое межосевое расстояние; d – диаметр отверстия

Установлены следующие характеристики, необходимые для осуществления измерений:

– межосевое расстояние между высверливаемыми отверстиями под ввертные петли по 11–12квалитету [1] должно составлять 25±0,15мм;

– допускаемая погрешность настройки станка – не более 15 % от допуска±0,10мм, т.е. [Δyн]=0,15•(0,1 – (–0,1))=0,03мм.

Определены измеряемые параметры: l – расстояние между отверстиями на деталях; d – диаметр отверстий.

Таблица 2

Результаты измерений точности изготовления по tarasov02.wmf картам

Вид карты

Результаты измерения

Нормированная величина с учетом ГОСТ 25346-89

Обозначения измеряемого параметра

Станок с ЧПУ

Кондуктор

Верхняя граница, мм, UCL

Центральная линия, мм, CL

Нижняя граница, мм, LCL

Верхняя граница, мм, UCL

Центральная линия, мм, CL

Нижняя граница, мм, LCL

Рисунок1.wmf

l

18,85

17,55

17,26

17,49

17,88

17,10

17,5±0,15

d

7,46

7,23

7,01

7,86

7,25

6,64

7,5±0,15

R

l

0,75

0,29

0

0,98

0,40

0

 

d

0,92

0,46

0

1,53

0,60

0

 

pic_62.wmf

аб

pic_63.wmf

в г

Рис.2. Контрольные карты, где результаты измерения диаметров отверстий:а – Х- и R-карты при сверлении на ЧПУ; б – Х- и R-карты при сверлении по кондуктору.Результаты измерения расстояния между отверстиями:в, а – Х- и R-карты при сверлении на ЧПУ; г – Х- и R-карты при сверлении по кондуктору

Выполненные наблюдения показали, что сверление отверстий под ввертные петли в количестве от четырех до шести на каждой детали брусков, полотен и коробок выполнялось двумя способами:

1)на одношпиндельном станке с ЧПУ за несколько циклов посредством перемещения каретки шпинделя (поочередное сверление всех отверстий);

2)по кондуктору на подстопном месте ручным инструментом (поочередное сверление всех отверстий).

Для анализа результатов измерений выполнены расчеты и применены контрольные карты по средним tarasov01.wmf и размахом R (рис.2), составлена сводная табл.2 результатов контроля точности сверления деталей, полученных обоими способами.

Несмотря на то, что данные контроля свидетельствуют о статистически управляемом состоянии процесса сверления, на деталях можно обнаружить следующие виды дефектов [5]:

1)несоответствие расстояний между отверстиями;

2)заниженный или завышенный диаметр отверстия после сверления;

3)смещенное по оси направление отверстия;

4)эллиптическая форма отверстия.

Причинами появления вышеперечисленных недостатков могут быть следующие:

1)оборудование – поскольку применяется приспособленное: и кондуктор, и станок с ЧПУ, так как нет специального, высверливающего отверстия в соответствии с применяемой фурнитурой, а именно спаренные отверстия с межцентровым расстоянием в 25мм на длинномерных деталях;

2)работник – небрежность в работе (неправильная установка детали или неточная разметка);

3)инструмент – затупление или неправильная заточка сверла.

Следует отметить то, что точность диаметров отверстий, полученных на станках с ЧПУ, выше, чем при сверлении по кондуктору, однако более точное расположение отверстий для установки дверной фурнитуры образуется при сверлении по кондуктору.

Несомненно, что применение станков с ЧПУ позволяет осуществлять экономию на трудозатратах 25–80 % и увеличивает производительность примерно на 50 % с обеспечением возрастания точности обработки в 2–3раза. Однако в нашем случае, очевидно, на несоответствие межцентрового расстояния оказывает влияние вид крепления деталей, так при сверлении по кондуктору крепление осуществляется эксцентриковыми зажимами в трех местах по длине, а при сверлении на ЧПУ – пневмозажимами только по концам, при этом средняя часть детали оказывается без фиксации.

Для улучшения качества дверных блоков, вчастности с наплавом, с применением ввертных петель следует усовершенствовать технологию изготовления и оборудование путем разработки новой конструкции универсального станка, позволяющего одновременно высверливать под заданным углом с тремя или четырьмя парами отверстий по длине для стандартных и нестандартных дверных блоков (ДГ, ДО и ДУ). Количество и месторасположение высверливаемых отверстий (в соответствии с числом петель) изготовитель определяет самостоятельно, с учетом требований нормативной документации на двери деревянные.

На основе анализа патентов и изучения аналогов сверлильно-присадочного оборудования разработана конструкция станка, состоящего из трубчатой каркасной станины с рейлингами, на которых крепятся от двух до четырех шпиндельных сверлильных головок со спаренными сверлами (рис.3). Количество сверлильных головок (и петель) будет зависеть от размеров дверного блока.

pic_64.tif

Рис. 3. Станок сверлильный:1 – каркасная станина; 2 – шпиндельные сверлильные головки со спаренными сверлами; 3 – вертикальные зажимы; 4 – деталь полотна или коробки

Детали дверного блока с наплавом (стоевые бруски полотна и коробки) крепятся на станине с помощью нескольких вертикальных зажимов. Количество зажимов принимается в зависимости от длины брусков и составит не менее трех. Позиционирование спаренных шпинделей, осуществляется под определенным углом для деталей различного назначения (дверного полотна – в горизонтальной плоскости и коробки – под углом в 11°). Универсальность станка позволяет изменять угол сверления в зависимости от поставленных технологических задач, поскольку предусматривается присадка отверстий и для других столярных конструкций.

Основные научные положения и результаты исследований докладывались, обсуждались и были одобрены на Всероссийском конкурсе молодёжных проектов,г. Йошкар-Ола, 2014г.; международной молодежной научной конференции по естественнонаучным и техническим дисциплинам, г.Йошкар-Ола, 2015г.; программе «Участник молодежного научно-инновационного конкурса» («УМНИК»), г.Йошкар-Ола, 2015г.

Проект нового инновационного оборудования получил золотую медаль в 2015 в Сербии на Международном фестивале инноваций, знаний и изобретательства «Tesla Fest-2015».

На основе анализа полученных данных о точности соблюдения заданных параметров деталей: диаметров и межцентровых расстояний при осуществлении технологического процесса производства дверей деревянных, и вчастности с наплавом, разработана новая универсальная конструкция станка, которая позволит:

  • повысить производительность сверления практически в 6–8раз (за счет одновременного сверления всех отверстий – от двух до четырех пар);
  • осуществлять возможность присадки парных отверстий с шагом 25мм, что соответствует конструкции ввертных петель;
  • обеспечить сверление отверстий на стандартных и нестандартных деталях до 2,5м;
  • выполнить быструю переналадку станка и угла сверления в зависимости от поставленных технологических задач (горизонтальная плоскость или под углом);
  • обеспечить точность диаметров и расположения парных отверстий по длине деталей полотна и коробки в соответствии с заданным допуском.

Библиографическая ссылка

Тарасова О.Г., Чернова М.С., Корчин А.И. ИССЛЕДОВАНИЕ ТОЧНОСТИ СВЕРЛЕНИЯ В ИЗДЕЛИЯХ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 5-3. – С. 515-519;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40332 (дата обращения: 22.06.2018).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252