Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формирование качества поверхностного слоя при отделочных и отделочно-упрочняющих режимах отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием

При отделочных и отделочно-упрочняющих режимах отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием (ОУО ППД) требуемые параметры качества обрабатываемой поверхности формируются в результате деформирования исходной шероховатости поверхностного слоя. Деформация неровностей исходного профиля шероховатости происходит следующим образом. По мере увеличения усилия происходит смятие выступов шероховатости. Вытесняемый при этом из вершины неровности материал перемещается во впадину неровности. Дно впадины, приподнимаясь, в целом сохраняет исходную форму до контакта с поверхностью инструмента. На рис. 1 приведены профилограммы исходного профиля шероховатости и профиля после обработки ППД шариком на отделочных и отделочно-упрочняющих режимах.

силовой шероховатость энергетический отделочный

Рис. 1. Профиль шероховатости после ОУО ППД шариком при различных усилиях обработки

Уравнение для определения относительных опорных площадей микронеровностей выше средней линии имеет вид [1]

, (1)

а ниже средней линии -

,

где tm, Rmax, Rp - параметры шероховатости; y - уровень, на котором определяется tp; и в-показатели степени.

При деформации неровности (рис. 2, 3) соотношение между площадями имеет вид

Аv = Аv' = Аo - А₁. (2)

Величина площади Аv определяется интегрированием кривой профиля шероховатости, описываемой уравнением (1). Величина площади Ао определяется по зависимости

,

где y_к - величина контактного сближения инструмента и поверхности; y_осн - величина поднятия дна неровности.

При расчете площади А₁ возможны два случая:

площадь А₁ ограничена сверху кривой профиля выступа (рис. 2), при этом величина контактного сближения y_к не превышает некоего переходного значения;

площадь А₁ ограничена сверху кривой выступа и впадины (рис. 3), при этом величина контактного сближения y_к больше переходного значения.

Рис. 2. Схема расчета параметров неровности при величине у_к меньше переходной

Как видно из рис. 2, первый случай возможен, когда точка профиля, соответствующая переходу от выступа к впадине, сдвигаясь вверх за счет поднятия дна неровности на у_осн, еще не достигает контакта с инструментом.

Площадь А₁ определяется (с учетом равенства треугольников ABC и CDE) как разность площадей фигуры CFGE и прямоугольника CFGD (рис. 2,3):

А₁ = А_CFGE - А_CFGD.

Рис. 3. Схема расчета параметров неровности при величине у_к больше переходной

После подстановки и преобразования зависимость (2) принимает следующий вид:

- в первом случае -

;

- во втором случае -

.

Данные зависимости позволяют по заданной величине у_к определить значение у_осн. В связи со сложностью выражений расчет целесообразно проводить на ЭВМ численными методами. По известным значениям у_к и у_осн определяется относительная контактная длина tp_k по следующим зависимостям:

- в первом случае -

; (3)

- во втором случае -

. (4)

На рис. 4 построен график значений tp_k в зависимости от у_к по выражениям (3) и (4). Для сравнительного анализа на том же рисунке представлен график зависимости tp от у_к.

Шероховатость, описываемая графиками на рис. 4, имеет следующие параметры: Ra = 3,2 мкм, Rp = 9,4 мкм, Sm = 0,15 мм.

Как видно из графика на рис. 5, до величины контактного сближения у_к ? 0,5 Rp графики отличаются незначительно (отличие порядка 8…11 %).Однако по мере увеличения контактного сближения отличие растет и при у_к ? Rp становится более 100 %.

у_к, мкм

Рис. 4. Графики зависимости относительной опорной длины tp и относительной контактной длины tp_k от контактного сближения у_к: • • • • • • - tp; - - tp_k

Таким образом, для упрощения расчетов величин относительной опорной длины при контактных сближениях у_к ?0,5 Rp целесообразно использовать зависимость (1), а при больших сближениях, вплоть до у_к = Rp, - зависимости (3) и (4).

Одним из основных параметров режима ОУО ППД статическими методами является рабочее усилие обработки P. Для его расчета необходимо знать номинальную площадь контакта А₀ и номинальное контактное давление Pк в каждой точке контакта.

Контактное давление Pк зависит от текущего значения относительной контактной длины tp_k и степени упрочнения k и определяется по зависимости [1]

Pк = cґ k у_T tp_k(у_к)/100, (5)

где сґ = 2,87 - коэффициент стеснения [1]; _Т - предел текучести обрабатываемого материала, МПа; k - степень упрочнения материала на элементарной площадке; tp_k - относительная контактная длина профиля шероховатости обрабатываемой поверхности в пределах элементарной площадки контакта, %.

Номинальная площадь контакта А₀ определяется из геометрических соображений с учетом следа от предыдущего прохода. Профиль рабочей поверхности инструмента может иметь форму, достаточно сложно поддающуюся аналитическому описанию. Кроме того, современные тенденции предполагают дискретное описание формы сложных поверхностей инструмента. В связи с этим представляется целесообразным дискретное описание площадки контакта инструмента и обрабатываемой поверхности. Поверхность контакта представляется в виде набора из определенного количества элементарных площадок, каждая из которых характеризуется своим значением контактного сближения, соответствующей контактной длиной, а также степенью упрочнения.

В этом случае рабочее усилие обработки раcсчитывается по зависимости

,

где сґ = 2,87 - коэффициент стеснения [1]; _Т - предел текучести обрабатываемого материала; k_i - степень упрочнения материала на i_й элементарной площадке (учитывая относительно небольшие степени упрочнения (до 1,3), для всей площадки контакта можно принимать средние значения степени упрочнения); Ао - геометрическая площадь контакта инструмента и обрабатываемой поверхности; n - количество элементарных площадок; tp_ki - относительная контактная длина профиля шероховатости обрабатываемой поверхности в пределах i_й элементарной площадки контакта. В случае достаточно простых для аналитического описания геометрических параметров инструмента суммирование может быть заменено интегрированием.

В последнее время существенно расширяется использование ударных методов ОУО ППД ввиду ряда технологических преимуществ, предоставляемых ими. Одной из основных характеристик этих методов является энергия удара. На сегодняшний день существует достаточно большое количество работ, посвященных взаимосвязи энергетических параметров процесса обработки и параметров качества поверхностного слоя, в частности глубины и степени упрочнения. Однако энергетическим характеристикам при формировании шероховатости внимания не уделено, следовательно, режимы при отделочной и отделочно-упрочняющей обработке определяются методом пробных проходов, что затрудняет работу технологов.

Для определения энергоемкости исходной шероховатости поверхности целесообразно использовать величину удельной работы Aду, совершаемой при деформации исходной шероховатости на величину заданного контактного сближения у_к. Данную характеристику удобно представить в виде графика зависимости Aду от у_к.

Удельная работа определяется из следующих соображений. При деформировании неровностей в каждый момент времени контактное давление определяется по зависимости (5). Приняв, что при бесконечно малом перемещении в направлении контактного сближения контактное давление не изменяется, удельную работу можно определить по зависимости

Aдуґ= Pк dy = cґ k у_T tp_k(у_к) dy/100. (6)

Проинтегрировав выражение (6) по контактному сближению от 0 до требуемой величины, получим необходимое значение работы:

Aду = Pк dy = tp_k(у_к) dy.

В связи со сложностью полученного выражения его целесообразно вычислять численными методами с использованием ЭВМ.

На рис. 6а представлен график зависимости удельной работы от контактного сближения для шероховатости с параметрами Ra =3,2 мкм, Rp =9,4 мкм, Sm =0,15 мм и материала с _Т = 315 МПа, на рис. 6б - для шероховатости с Ra =0,94 мкм, Rp =1,55 мкм, Sm =0,16 мм и того же материала.

С другой стороны, работа, совершаемая инструментом при множестве ударов по единичной площади обрабатываемой поверхности, определяется как сумма энергий всех ударов на этой площади. Принимая, что энергии ударов равны, получаем

Аду = Еу m_у,

где Еу - энергия единичного удара, мДж; m_у - плотность ударов, мм^-2.

Плотность ударов m_у связана со средним шагом между отпечатками в продольном (направление скорости детали Vд) (Sz_пр) и поперечном (Sz_поп) направлениях:

силовой шероховатость энергетический отделочный

m_у = (Sz_пр Sz_поп)^-1.

Шаг отпечатков, в свою очередь, оказывает влияние на формируемую шероховатость обрабатываемой поверхности. При отсутствии раздельных требований по продольной и поперечной шероховатости целесообразно принимать Sz_пр = Sz_поп. С целью повышения производительности обработки величину шага между отпечатками желательно брать максимальной, обеспечивающей требуемую шероховатость обрабатываемой поверхности.

Энергия единичного удара определяется возможностями, кинематическими и конструктивными особенностями установок и приспособлений для того или иного метода ударной обработки [3].

Таким образом, использование предлагаемой модели позволяет провести теоретический расчет режимов как для статических, так и для ударных методов обработки, что существенно упрощает работу технолога и обеспечивает снижение времени на подготовку производства.

Список литературы

Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин/ А.Г. Суслов. - М.: Машиностроение, 2000. - 320 с.

Гуров, Р.В. Методология проектирования операций отделочно-упрочняющей обработки деталей машин поверхностным пластическим деформированием/ Р.В. Гуров // Вестн. БГТУ. - 2010. - № 4. - С. 17.

Одинцов, Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: справочник/Л.Г. Одинцов. - М.: Машиностроение, 1987. - 328 с.

Размещено на Allbest.ru