WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

К благоприятным последствиям наложения МУЗК на процесс пластического деформирования относятся также: уменьшение усилий деформирования и затрат на трение, возможность формирования РМР на обрабатываемых поверхностях, усиление проникающего действия СОТС, повышение износостойкости выглаживающего инструмента и его периода стойкости.

Показана целесообразность проведения исследований по разработке мероприятий, обеспечивающих повышение технологической эффективности и расширения сферы рационального применения энергии модулированного УЗ-поля на операции алмазного выглаживания, в том числе для формирования РМР без дорогостоящей модернизации металлорежущего оборудования.

Сформулированы цель и задачи работы, приведенные выше.

Во второй главе рассмотрен процесс контактного взаимодействия инструмента и заготовки при УЗ-выглаживании. Проанализировано влияние параметров УЗ-поля на показатели упрочнения. Показано, что основными факторами, влияющими на эффективность УЗ-упрочнения, являются усилие деформирования, амплитуда УЗК и вид модуляции УЗ-поля.

В основу предлагаемой математической модели положена теория механики упрочнения металлов ППД, разработанная В.М. Смелянским и связывающая геометрические параметры очага деформации в процессе ППД с напряженно-деформированным состоянием соотношением:

P 3d Dн =, (1) R cosdO где Dн – накопленная деформация, S %; d0 – размер отпечатка, мм, опреR А l деляемый по формуле И. В. Кудряв hв h цева, предложенной для расчета В hупр Е глубины внедрения инструмента h, мм:

C К Д dh = ; (2) 8R Рис. 1. Расчетная схема очага деформаR – радиус инструмента, мм; – ции для определения значений накопугол, образованный линией АС очаленной деформации Dн га деформирования (рис. 1) и радиусом инструмента в точке касания, положение которой определяется коэффициентом трения на дуге контакта АЕ:

= 0,5arccos (2kУЗК ). (3) Глубину внедрения инструмента h определяли с учетом соотношения упругой и пластической деформации в контакте по зависимостям М. Д. Тявловского. Вклад УЗ-воздействия в уменьшение коэффициента трения учитывали по зависимостям В. Ю. Веромана:

– для касательного наложения УЗК:

3 2 Vc Dн = tg arccos 2 k11 - arccos 4R Vm 2 ; (4) 2 1,12 P 2,58(1 - µ) PR(1 - µ ) + (1 + µ)HV E (1 - µ ) – для радиального наложения УЗК:

3 2 arccos 0,63kDн = tg K (k ) 4R (Vm /Vc )2 + ; (5) 2 1,12P 2,58(1 - µ) PR(1 - µ ) + (1 + µ)HV E (1 - µ ) где k1 – коэффициент трения в обычных условиях (без УЗК); K(k 2) – полный эллиптический интеграл; P – усилие деформирования, Н; µ – коэффициент Пуассона; E – модуль упругости обрабатываемого материала, МПа; HV – твердость обрабатываемого материала; Vc – скорость скольжения на поверхности контакта, м/с; Vm – амплитуда колебаний скорости волновода, м/с.

Для амплитудной модуляции с глубиной G, %, амплитудой исходных УЗК = 2f, А0, м, частотой основных колебаний рад/с, где f – частота УЗК, кГц, и Vm = A0( 1 + G sin(t)) модулирующих колебаний, рад/с:. Для частотной модуляции с девиацией частоты :.

Vm = A0 ( + sin (t)) Согласно представлениям о механике ППД В.М. Смелянского, высота волны вытесненного металла hв связана с глубиной упрочнения hу соотношением:

hу = (hв2 - l2)- hв, (6) % где l – длина передней внеконтактной зо6 ны очага деформирования, мм; l = 2,1 d0. Выразив величину в зависимости (3) Dн через геометрические параметры очага деформации (углы и ) и подставив полу1 ченные выражения в (6), получим:

мкм 610 14 2,1d00,(М+2) hу = -М, А 2 Рис. 2. Расчетные значения ве2d0 +S личины накопленной деформа1-tg 2arccos(2kУЗК)tg 2R ции Dн: 1 – без УЗК; 2 – c УЗК;

М =. (7) 3, 4, 5 – при амплитудно-час2d0 +S tg тотной модуляции с частотами 2arccos(2kУЗК)tg 2R 12,5; 18; 20 кГц; 6, 7, 8 – при амплитудной модуляции с глуВ зависимостях (4) – (5) и (7) для опребиной модуляции 30, 60 и 90% деления показателей упрочнения в качестве аргументов входит, наряду с параметрами УЗ-воздействия, коэффициент трения при обработке без УЗК. Для увеличения накопленной деформации поверхностного слоя и глубины упрочнения необходимо уменьшать коэффициент трения, например, за счет повышения эффективности действия используемых СОТС, или стремиться к увеличению энергетического воздействия УЗК на обрабатываемую поверхность, например, за счет модуляции УЗсигнала. При этом наибольшее упрочнение обеспечивается при повышении энергетического воздействия УЗК за счет амплитудной модуляции по сравнению с амплитудно-частотной и обработкой без УЗК (рис. 2). Установлено, что среди параметров МУЗК основными факторами, влияющими на эффективность упрочнения, являются амплитуда, глубина амплитудной модуляции УЗК и усилие деформирования.

В случае касательных колебаний резервом повышения эффективности упрочнения является уменьшение скорости скольжения по поверхности контакта Vc (см. зависимость (4)). Достичь указанного уменьшения, при условии сохранения неизменной производительности обработки, можно за счет наложения УЗК в касательно-осевом направлении по отношению к обрабатываемой заготовке; при этом снижение скорости Vc обусловлено углом наложения УЗК в плоскости XOZ (рис. 3). Такая схема наложения УЗК способствует уменьшению трения в процессе обработки за счет превращения на некотором промежутке времени обеих активных составляющих силы трения в реактивные, что обусловлено периодическим изменением направления вектора скорости приложенных УЗК.

Рис. 3. Схема сил в зоне обработки при наложении УЗК в касательно-осевом направлении: Fузx – проекция вектора скорости приложенных УЗК на ось OX; Fузz – проекция вектора скорости приложенных УЗК на ось OZ; Pz, Px – составляющие силы выглаживания, Fx – составляющая силы трения по оси OX; – угол между направлением вектора скорости приложенных УЗК и осью ОZ Наряду с упрочнением, важной задачей, направленной на повышение эксплуатационных свойств детали и решаемой в процессе обработки алмазным выглаживанием, является P обеспечение на обрабатываемой поверхности требуемого микрорельеnз фа заданной геометрии.

Использование мо- nз дулированных УЗК позволяет достичь формирования РМР широкого hL диапазона параметров, не усложняя кинематику а б процесса (рис. 4).

Рис. 4. Схема получения РМР в виде сетки лунок Необходимым услопри алмазном выглаживании наложением радиальвием достижения РМР ных МУЗК: а – схема процесса выглаживания; б – является регламентация схема движения инструмента; 1 – инструмент ; 2 – элементов режимов обзаготовка работки и параметров МУЗК в зависимости от вида требуемого микрорельефа, обусловленного назначением детали.

Для формирования на поверхности обрабатываемой заготовки плотной сетки выдавливаемых непересекающихся лунок (рис. 5) с заданным осевым и круговым (радиальным) шагами S0 и Sк и углом направления микронеровностей, для исключения повторной обработки уже упрочненных участков в поверхностном слое, необходимо величину продольной подачи выбирать из соотношения:

S d S =, (8) tg где d – диаметр обрабатываемой заготовки, мм; – угол подъема винтовой линии выдавливаемых канавок, град.:

S Sк Рис. 5. Схема микрорельефа в виде сетки = arccos +.

(9) лунок: SК – круговой шаг выдавливаемых 2S канавок, S0 – осевой шаг выдавливаемых Частота МУЗК выбирается канавок, – угол направления микронеиз соотношения:

ровностей, – угол подъема винтовой n d линии выдавливаемых канавок =, (10) Sк где n – частота вращения заготовки, об/мин.

Минимальная амплитуда УЗК для обеспечения заданного упрочнения выступов определяется из условия равенства рабочему натягу при выглаживании. Максимальная амплитуда колебаний с учетом глубины модуляции:

1+ G Amax = (h - hв ) 1- G -1. (11) Радиальный шаг микронеровностей:

+ 2R с Т b 2RG (h - hв ) (12) S0 =, 1 - G ( + 1)( + 2)(1 + 1) R max где с – коэффициент стеснения; Т – предел текучести обрабатываемого материала, МПа; b, – коэффициенты, описывающие опорную кривую профиля микронеровностей до уровня средней линии, 1 – коэффициент, учитывающий упругую осадку микровыступов; Rmax0 – максимальная высота профиля микронеровностей, мкм.

Глубина образующихся лунок hL определяется по формуле:

ShL = - (h - hв ). (13) 8R Круговой шаг микронеровностей равен величине относительного перемещения индентора и заготовки в направлении ее вращения за период модулированного колебания:

к S /d к S /tр 2R n, (14) Sк = 1000 f frac 2R f где frac – целая часть выражения.

2R f Для формирования на поверхности сетки непересекающихся канавок искривленного синусоидального профиля или, в Sчастном случае, винтовых канавок (рис. 6) Рис. 6. Схема РМР в виде сетки с учетом кинематики движения инструменсинусоидальных винтовых каната, подача определяется из условия:

вок: Sо – осевой шаг выдавливаемых канавок, мм; L – шаг си fL Asin sin нусоидальных канавок, м; – V угол искривления канавки мик, (15) S = 1 L рорельефа, град.; – угол подъ ема винтовой линии выдавливаеn 2V мых канавок, град.; tр – ширина где А – амплитуда УЗК, мкм; L – шаг сикольцевой канавки, мм нусоидальных канавок, м; – угол искривления канавки РМР, град.; V – окружная скорость заготовки, м/мин.

Расчет элементов режима выглаживания по зависимостям (8) – (11) и (15) при радиальном и касательно-осевом наложении УЗК показывает, что условием формирования на обрабатываемой поверхности РМР является интенсификация технологических режимов выглаживания, и, прежде всего, увеличение амплитуды УЗК и глубины модуляции при радиальном, и скорости продольной подачи – при касательно-осевом наложении УЗК.

В третьей главе изложена методика экспериментальных исследований влияния параметров УЗ-выглаживания на эффективность обработки. В качестве основных материалов образцов для исследований выбраны быстрорежущая сталь Р18, высокопрочная сталь 30ХГСА-ВД, коррозионно-стойкие стали 12Х18Н10Т, 95Х18, титановый сплав ВТ3-1, существенно различающиеся по своим свойствам и широко применяемые для изготовления ответственных деталей машин. Обработка заготовок из титановых сплавов алмазным выглаживанием в настоящее время вызывает наибольшие затруднения из-за склонности алмаза к адгезионному взаимодействию с титаном. В качестве базы для сравнения использовали образцы из стали 40Х.

Экспериментальные исследования проводили на токарно-винторезном станке модели УТ-16П, оснащенном устройствами для алмазного УЗ-выглаживания с радиальным и касательно-осевым наложением УЗК. При исследовании сравнительной эффективности амплитудной и амплитудно-частотной модуляции радиальных УЗК окружной скоростью заготовок из стали 95Хварьировали от 25 до 31 м/мин, из стали Р18 – от 37 до 46 м/мин, из стали 40Х – от 32 до 40 м/мин. Усилием деформирования Р варьировали от 100 до L 200 Н, величиной продольной подачи – от 0,036 мм/об до 0,064 мм/об, радиусом выглаживателя – от 1,5 мм до 3 мм.

Экспериментальные исследования проводили в несколько этапов. На первом этапе многофакторным планом оценивали влияние УЗ-воздействия на эффективность упрочнения при алмазном выглаживании с целью проверки адекватности разработанной математической модели. Адекватность проверяли путём перевода расчетных значений накопленной деформации Dн в значение микротвердости поверхности Н100. Выявленные в результате аналитических исследований взаимосвязи объясняют более 85 % всей дисперсии экспериментальных данных, относительная погрешность определения не превышает 15 %.

Исследование влияния СОТС и способа их подачи на эффективность алмазного УЗ-выглаживания выполняли на втором этапе. Третий этап экспериментов был посвящен исследованию влияния вида модуляции УЗсигнала (амплитудная или амплитудно-частотная) и ее параметров при варьировании элементами режима обработки на эффективность алмазного выглаживания с радиальной схемой наложения УЗК. На этом же этапе оценивали возможность модуляции по формированию на обрабатываемых поверхностях РМР в виде лунок.

В ходе заключительного (четвертого) этапа экспериментов выявляли наиболее рациональные параметры наложения касательно-осевых УЗК и оценивали их влияние на эффективность УЗ-выглаживания, а также возможности способа по формированию РМР в виде винтовых канавок.

В четвертой главе поэтапно представлены результаты экспериментальных исследований и их анализ.

В целом полученные результаты подтверждают основные выводы, сделанные в результате аналитических исследований. Как и ожидалось, наложение на инструмент УЗК способствует увеличению микротвердости поверхности обработанных заготовок на 15 … 20 % (рис. 7, 8, кривая 1).

МПа МПа 2 H H 0,01 0,07 0,13 мм 0,0,01 0,07 0,13 мм 0,h h Рис. 8. Результаты экспериментальноРис. 7. Результаты экспериментального исследования распределения микро- го исследования распределения микротвердости H100 по глубине поверхност- твердости H100 по глубине поверхностного слоя h обработанной заготовки из ного слоя h обработанной заготовки из стали 95Х18: A = 14 мкм, остальные стали 95Х18: P = 30 Н, Vs = 0,036 мм/об, условия – см. рис. 7; 1, 2, 3, 4 – G = 0, V = 40 м/мин, R = 1,5 мм, A = 8 мкм;

30, 60, 90 % 1, 2, 3, 4 – G = 0, 30, 60, 90 % При обработке с амплитудой УЗК 8 мкм и глубиной модуляции 30 % отмечено увеличение микротвердости поверхности по сравнению с обработкой без модуляции при сравнительно одинаковой глубине наклепа 0,18 … 0,2 мм (см.

рис. 7, кривая 2). Выглаживание с амплитудой УЗК 14 мкм и глубиной модуляции 30 % сопровождалось увеличением микротвердости поверхности по сравнению с обработкой без применения модуляции (см. рис. 8, кривая 2). При глубине модуляции 60 % (см. рис. 8, кривая 3), наблюдалось уменьшение микротвердости поверхности, вызванное исчерпанием ресурса пластичности.

При этом глубина наклепа увеличилась до 0,22 … 0,24 мм.

С увеличением усилия деформирования микротвердость поверхности обработанной заготовки также увеличивается. С ростом амплитуды УЗК увеличивается глубина упрочнения. Наряду с этим, увеличение амплитуды УЗК до 14 мкм привело к уменьшению микротвердости поверхностного слоя, что вызвано разупрочнением поверхностного слоя вследствие избыточной пластической деформации и соответствует исчерпанию ресурса пластичности.

С увеличением амплитуды УЗК наблюдалось увеличение касательной составляющей силы выглаживания (см. рис. 9, а, в).

Pages:     | 1 || 3 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.