WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Процесс формирования ПК рассмотрен с позиций системного анализа. Моделирование процесса целесообразно проводить в три этапа. На первом этапе создают структурную модель процесса формирования ПК, представляемую в виде графа. Наибольшую наглядность дает граф, описывающий изменение каждого ПК детали по ходу ТП, он позволяет проследить причинно-следственные связи при формировании показателей.

Для валка ТЭС (рис. 1) был разработан граф процесса формирования ПК. По горизонтали расположены этапы обработки, по вертикали – рассматриваемые показатели. Ветви отображают трансформацию ПК в процессе обработки детали. Вершины графа представляют собой значения показателей на определенных этапах обработки. Продольные ребра графа обозначают перенос (наследование) ПК от одного этапа обработки к другому. Поперечные ребра графа, соединяющие разные ветви, показывают влияние показателей друг на друга.

Рис. 1. Валок ТЭС.

Детально исследован участок графа, касающийся заключительного этапа обработки валка, включающего чистовое точение и алмазное выглаживание фасонного профиля (рис. 2.). Выбор данного участка объясняется тем, что фасонный профиль является рабочей поверхностью валка, к нему предъявляются наиболее жесткие требования по точности формы профиля, шероховатости и пр. Трудоемкость обработки фасонного профиля составляет более трети трудоемкости обработки всего валка.

Для моделирования графа необходимо математическое описание его ребер, представляемых коэффициентами наследования и взаимного влияния ПК. Коэффициенты характеризуют связь входных значений ПК с выходными на определенном этапе изготовления детали.

В работе коэффициенты предложено представлять математическими моделями: геометрическими зависимостями; известными аналитическими зависимостями, описывающими процессы преобразования ПК детали в технологическом переходе; регрессионными зависимостями, отражающими связи параметров обработки и результирующего эффекта технологического метода, полученными при обработке экспериментальных данных.

Рис. 2. Граф заключительной стадии процесса формирования ПК

рабочего профиля валка ТЭС.

Данные модели позволят рассчитывать значения ПК, вводя параметры технологической системы и режимов обработки, дадут представление о механизмах формирования показателей, а также о возможностях регулирования этих явлений. Этот подход хорошо согласуется с принятыми направлениями развития расчетно-аналитического метода оценки качества изготовления деталей.

Третья глава посвящена разработке математической модели процесса формирования ПК валка ТЭС на заключительном этапе обработки. Модель создана на основе существующих и вновь полученных зависимостей.

В частности, для процессов контурной обработки фасонной поверхности точением радиальная Py и осевая Px составляющие силы резания определяются с учетом возможных изменений подачи и главного угла в плане при перемещении инструмента по криволинейной поверхности заготовки:

, (1)

где – угол между общей нормалью инструмента и заготовки и направлением оси заготовки; составляющие силы резания – параллельная направлению общей нормали инструмента и детали P и перпендикулярная нормали P – определяются следующим образом:

;

;

А, о – коэффициенты, зависящие от условий обработки, вычисленные на основе экспериментальных данных, о < 1; – текущий угол направления подачи, град; – угол контакта инструмента с деталью, град; в общем виде ;, – соответствующие параметры функции.

Отклонения пр реального профиля рабочей поверхности валка от теоретического, вызванные упругими отжатиями элементов технологической системы, определяются как остаточная глубина обработки tост:

.

где D – диаметр заготовки, мм, ; Dmin – минимальный диаметр заготовки, мм; R – радиус, определяющий обрабатываемый профиль, мм; Lзаг – длина обрабатываемой заготовки, мм;, – жесткости передней и задней бабок в радиальном направлении; Н/мм; – жесткость передней бабки в осевом направлении; Н/мм; x – координата, определяющая положение инструмента, мм.

Отклонения определяются в различных сечениях вдоль профиля заготовки, при этом учитывается изменение диаметра заготовки. Для расчета отклонений при точении используются значения составляющих силы резания Px_т, Py_т, рассчитанные по уравнению (1). При выглаживании сила устанавливается постоянной с помощью специального приспособления, составляющие силы Px_в и Py_в равны между собой и не меняются при перемещении инструмента относительно профиля.

Отклонения от круглости в поперечном сечении при точении определяются с помощью системы дифференциальных уравнений, описывающей динамические процессы в технологической системе механической обработки:

;

,

где x, у, z – координаты в осевом, радиальном и касательном направлениях относительно заготовки; Q – сила трения; Ty1, Tz1 – постоянные времени демпфирования контуров y и z системы, с; Ty2, Tz2 – постоянные времени контуров y и z, с; TP, TQ – постоянные запаздывания процесса резания, с; Tky, Tkz1, Tkz2 – постоянные времени колебания скорости резания; ky, kx – коэффициенты передачи в контурах x, y;

Данная система уравнений позволяет учитывать запаздывание силы резания по отношению к перемещению инструмента и силы трения по отношению к силе резания, а также радиус при вершине инструмента.

Отклонение в поперечном сечении, возникающее при алмазном выглаживании, определяется при анализе движения выглаживателя, которое описывается следующим уравнением:

,

где mв – приведенная масса подвижной системы при выглаживании, кг; µтр – коэффициент жидкостного трения, Нс/мм; kпр – жесткость пружины, Н/мм; в – коэффициент пропорциональности, обусловленный геометрией алмазного наконечника, режимом обработки и материалом заготовки; y0 – положение выглаживателя при устойчивом режиме обработки, мм; – положение выглаживателя в момент времени, мм; H – амплитуда колебания величины радиуса, мм; z – число волн на поверхности заготовки; p – циклическая частота колебаний инструмента.

Линейные гармонические колебания инструмента в радиальном направлении в сочетании с главным вращательным движением заготовки и поступательным движением подачи вызывают образование неровностей в продольном (совпадающем с направлением главного движения) и поперечном (перпендикулярном ему) направлении. Высокочастотные колебания инструмента оказывают влияние на шероховатость поверхности.

Максимальная высота неровностей профиля (мкм) в продольном направлении будет равна

,

где – максимальная амплитуда колебаний инструмента, определяемая при решении дифференциального уравнения движения инструмента; – радиальная жесткость технологической системы, Н/мм; – коэффициент, зависящий от конкретных условий обработки; m – приведенная масса подвижной системы, кг; – циклическая частота главного движения; – амплитуда неровностей исходной поверхности, мм; Rmax_исх – максимальная высота неровностей профиля исходной поверхности, мкм.

Микрорельеф поверхности в поперечном направлении моделируется наложением на массив перемещений инструмента профиля его вершины в плане, который описывается дугой радиуса r. В этом случае

,

где – след вершины инструмента; мм; – центральный угол, рад; r – радиус при вершине инструмента, мм.

Другие показатели шероховатости, в частности среднюю высоту неровностей профиля Ra и высоту неровностей по десяти точкам Rz, можно определить, воспользовавшись уравнениями пересчета:

  • для точения ; ;
  • для выглаживания ;.

Анализ методик определения состояния поверхностного слоя детали после обработки резанием и управления показателями поверхностного слоя показал, что для определения остаточных напряжений, глубины hн и степени упрочнения N поверхностного слоя целесообразно использовать методику, основанную на исследованиях адгезионного взаимодействия, которая разработана в Уфимском авиационном институте.

Зависимость микротвердости, получаемой после алмазного выглаживания, от исходной шероховатости и параметров режима выглаживания получена в ходе исследований, проведенных в Курганском государственном техническом университете.

Уравнения, составляющие математическую модель, дают возможность, задавая параметры режимов обработки и технологической системы, рассчитывать величины ПК детали на определенных этапах заключительной стадии обработки и определять параметры, изменением которых можно управлять значениями ПК. Данные уравнения можно использовать для расчета ПК различных деталей типа тел вращения, имеющих фасонную поверхность, при внесении небольших изменений, касающихся описания

формы фасонной поверхности.

Выявлена необходимость проведения экспериментальных исследований для определения зависимостей, характеризующих влияние исходной микротвердости обрабатываемой заготовки на шероховатость, получаемую в результате обработки.

Четвертая глава посвящена экспериментальной части исследований.

На основе анализа механизма формирования шероховатости обработанной поверхности заготовки установлено, что ее величина будет зависеть от исходной микротвердости. Кроме того, значительное влияние на формирование шероховатости оказывают параметры режимов обработки, поэтому целесообразно определить зависимость показателей шероховатости от микротвердости и параметров режима обработки.

Рис. 3. Общий вид Рис. 4. Схема термической обработки образцов

образцов

Для определения такого влияния в соответствии с теорией планирования эксперимента были подготовлены и проведены экспериментальные исследования. Предварительно образцы (рис. 3) были подвергнуты термической обработке на разную твердость (рис. 4). Дальнейшие исследования состояли из двух частей. Первая часть была посвящена определению зависимости шероховатости поверхности от исходной микротвердости заготовки и режимов обработки при точении, вторая часть – при алмазном выглаживании.

В результате обработки результатов первой части эксперимента получено следующее уравнение:

,

где Rzт – высота неровностей профиля поверхности по десяти точками после точения, мкм; Hто – исходная микротвердость, Н/мм2; Sт – подача, мм/об; tт – глубина резания, мм; nт – число оборотов заготовки, характеризующее скорость резания, об/мин.

Анализ результатов (рис. 5 – 8) показал, что изменение значения исходной микротвердости Hто при точении ощутимо влияет на величину высотного показателя шероховатости Rzт. Увеличение исходной величины Hто на 10 % вызывает увеличение Rzт на 5 %. Среди параметров режима обработки наиболее влиятельным при чистовом точении является подача Sт. Наименьшее влияние на Rzт оказывает изменение глубины резания tт.

Hто, Н/мм2 tт, мм

Рис. 5. Влияние исходной Рис. 6. Влияние глубины

микротвердости Hто на Rzт резания tт на Rzт

Sт, мм/об nт, об/мин

Рис. 7. Влияние подачи Sт на Rzт Рис. 8. Влияние числа оборотов

заготовки nт на Rzт

При обработке результатов второй части эксперимента получено уравнение:

.

где Raв – среднее арифметического отклонения профиля поверхности после выглаживания, мкм; Hµт – исходная микротвердость (после чистового

точения), Н/мм2; Sв – подача, мм/об; Pв – сила выглаживания, Н.

В этом случае влияние микротвердости Н в 2 раза больше, чем при точении. Увеличение исходной микротвердости Hт на 10 % вызывает увеличение Ra на 11 %. Среди параметров режима обработки наиболее влиятельным при алмазном выглаживании является сила выглаживания Pв.

Данные уравнения дополняют математическую модель, описанную в третьей главе. Уравнение, полученное во второй части эксперимента, вместе с упомянутыми выше исследованиями характеризует взаимное влияние шероховатости и микротвердости при алмазном выглаживании.

В пятой главе описана компьютерная модель процесса формирования ПК, а также представлена предлагаемая методика разработки ТП с учетом взаимного влияния формируемых ПК.

Компьютерная модель была разработана на основе структурной и математической моделей в программном комплексе «МВТУ», разработанном в МГТУ им. Н. Э. Баумана, который предназначен для детального исследования и анализа нестационарных процессов в технических системах.

Рис. 9. Вид компьютерной модели в главном окне ПК «МВТУ»

Моделируемый процесс представлен в виде схемы, состоящей из блоков, отдельные части модели соответствуют ветвям графа (структурной модели). На рис. 9 показаны ветви, характеризующие формирование отклонений в продольном и поперечном сечении детали (e12 – e17, f12 – f17 по рис. 2), в главном рабочем окне программного комплекса. В этом окне расположено основное меню, панель инструментов для работы с файлами (создание, сохранение, выбор метода моделирования, и пр.) и активное окно модели.

Параметры профиля обрабатываемой поверхности и режимов обработки задаются в окне «Редактора Глобальных параметров проекта (субмодели)», которое открывается кнопкой 1. При моделировании обработки на различных режимах необходимо редактировать записи только в этом окне.

Большинство коэффициентов наследования и взаимного влияния ПК, а также расчеты геометрических параметров обрабатываемой поверхности и составляющих силы резания представлены в блоках типа «Язык программирования», позволяющими прямо в процессе работы создавать экземпляры блоков с оригинальными математическими моделями. Таким является блок 2 задания геометрии обрабатываемой поверхности и расчета составляющих силы резания. Аналогично в блоке 3 на основе математической модели для валка ТЭС с двухрадиусным профилем разработана программа, позволяющая определять отклонения реального профиля от теоретического на двух участках профиля. При этом радиусы участков профиля валка заданы в окне «Редактора Глобальных параметров». Не изменяя программу, задавая нужные значения радиусов, можно исследовать различные двухрадиусные валки. Полученные в результате расчета графики отклонений профиля в продольном сечении в виде графика y = f(x) (где у – величина отклонения, мм; x – координата точки профиля поверхности, мм) соответствуют графическим блокам 4А, 4Б модели.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»