Автоматизация расчета нормальной контактной жесткости стыков плоских поверхностей шлифованных деталей

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Автоматизация расчета нормальной контактной жесткости стыков плоских поверхностей шлифованных деталей

А.Г. Суслов

Рассмотрены алгоритм и результаты функционирования разработанного программного обеспечения по расчету нормальной контактной жесткости стыков плоских поверхностей деталей, обрабатываемых шлифованием периферией круга.

Надежность машин в большинстве случаев определяется эксплуатационными свойствами соединений. Одно из основных эксплуатационных свойств - нормальная контактная жесткость стыков деталей. Для повышения работоспособности плоских поверхностей деталей необходимо обеспечить оптимальное значение контактной жесткости при заданных условиях их работы.

Контактная жесткость зависит от состояния рабочих поверхностей деталей, которое формируется главным образом на финишных операциях технологических процессов механической обработки и характеризуется совокупностью физико-механических и геометрических параметров качества. Наиболее распространенной финишной операцией является шлифование, позволяющее обеспечить высокие точность размеров и качество обрабатываемой поверхности. При этом заданные параметры качества шлифованных поверхностей, регламентирующие контактную жесткость, на практике определяются лишь частично (Ra, Rz) и обеспечиваются, как правило, путем подбора условий обработки, которые не всегда оказываются достаточно производительными и экономичными. Технологи в настоящее время при проектировании операций шлифования зачастую не в состоянии выбрать необходимые методы и условия их реализации, которые бы обеспечили сразу несколько значений физико-механических и геометрических параметров качества обрабатываемых поверхностей, определяющих требуемое значение контактной жесткости.

Решение данной задачи возможно на основе использования математической модели связи нормальной контактной жесткости стыка двух деталей с параметрами качества их поверхностного слоя [1, 2, 3] и модели процессов формирования геометрических и физико-механических параметров качества поверхности деталей машин, подвергаемых шлифованию [4]. Значительно снизить трудоемкость расчетов по этим моделям позволит соответствующее программное обеспечение, которое было разработано на кафедре «АТС».

Код программы написан на языке Object Pascal в среде программирования Delphi 6. В нем содержатся формализованные алгоритмы, соответствующие используемым моделям. Программа для удобства ее применения имеет визуальный интерфейс, понятный для пользователя.

Алгоритм функционирования реализуется двухступенчато посредством двух моделей: сначала находятся параметры качества поверхностного слоя в зависимости от условий шлифования, а затем по найденным параметрам рассчитывается контактная жесткость (рис. 1).

Для реализации задачи первой ступени (рис. 1) использовалась модель, описанная в [4]. Она отражает теоретическую концепцию формирования геометрических и физико-механических параметров качества поверхностного слоя (макроотклонения, волнистости, шероховатости и их формы; степени упрочнения), учитывающую весь комплекс взаимосвязанных факторов процесса абразивной обработки.

На второй ступени расчета (рис. 1) использовались теоретические зависимости, представленные в [1, 2, 3]. По ним можно определить контактную жесткость стыка двух деталей при первой и повторных нагрузках с учетом микрогеометрии поверхностного слоя и его физико-механических параметров (свойств материала). На основе этих зависимостей получены формулы для нормализованного определения контактной жесткости с учетом только шероховатости.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Используемые в разработанной программе математические модели представляют собой класс языка Object Pascal, содержащий методы (процедуры) для решения задач двух рассмотренных ступеней расчета.

Такой подход к решению поставленной задачи позволяет:

учесть весь комплекс факторов и условий шлифования, влияющих на получаемые в процессе обработки параметры качества поверхностного слоя;

при расчете контактной жесткости учесть все геометрические и физико-механические параметры поверхностного слоя;

проанализировать технологичность обеспечения требуемых параметров качества поверхностного слоя при различных условиях и режимах шлифования.

При разработке алгоритма применялся метод пошаговой детализации. Он предусматривает поэтапную разработку алгоритма, переход от общей схемы к реализации частных процедур.

Блок-схема обобщенного алгоритма работы программы показана на рис. 2.

Сначала вводятся все исходные данные для двух поверхностей и условия шлифования, участвующие в расчете. Это параметры:

обрабатываемой поверхности: материал, размеры;

шлифовального круга: диаметр, ширина, зернистость, структура, твердость, скорость, класс неуравновешенности;

обработки: режим правки круга, глубина резания, скорости продольной и поперечной подачи, количество выхаживаний;

испытания на контактную жесткость: нагрузка (P), тип нагружения (первое, повторное).

При выборе конкретной марки материала из базы данных берутся его свойства, необходимые для расчета.

На следующих этапах рассчитываются параметры качества поверхностного слоя (Rmax, Wmax, Hmax), а также степень упрочнения (k) для обеих поверхностей. Далее определяются остальные параметры (Ra, Rz, Rp, Wz, Wp, Hp), используемые при расчете контактной жесткости, которые затем выводятся на экран (рис. 3).

Если контактная жесткость j рассчитывается по нормали, то определяются контактные перемещения yk1 и номинальная площадь контакта A для первой поверхности при вдавливании сферического индентора (расчет с учетом шероховатости). При этом контактные перемещения индентора принимаются равными нулю (yk2 = 0).

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

В противном случае определяются контактные перемещения обеих деталей стыка (yk1, yk2) и геометрическая площадь контакта A. Затем рассчитываются и выводятся на экран суммарные контактные перемещения и контактная жесткость (рис. 3).

По желанию пользователя исходные данные и результаты расчетов можно экспортировать в электронную книгу Excel.

Также предусмотрена возможность выбора пользователем файла базы данных со свойствами материалов (файл в формате .dbf с определенным набором полей) при нажатии на кнопку «Настройки…».

Если расчет выполняется по нормализованному методу (рис. 4), то вторая контактирующая поверхность стыка является сферическим индентором с радиусом сферы 100 мм (в соответствии с рекомендациями МР 42-82). При этом задаются параметры только для одной поверхности.

Для последующего анализа результаты расчетов сохраняются в книге Excel в виде таблицы (рис. 5).

Адекватность функционирования разработанного программного обеспечения оценивалась путем сопоставления результатов автоматизированного расчета с экспериментальными данными по контактным перемещениям шлифованных образцов из стали 45 ( = 360 МПа) от удельной нагрузки p () при первом и повторном нагружениях [1]. В соответствии с этими данными значение контактной жесткости j находится в пределах:

при первом нагружении: 0,3 … 2,7 МПа/мкм;

при повторном: 0,2 … 1,2 МПа/мкм.

Многочисленные расчеты по созданной программе дали следующие результаты значений нормальной контактной жесткости при тех же условиях:

при первом нагружении: 0,4 … 2,5 МПа/мкм;

при повторном: 0,25 … 1,15 МПа/мкм.

В целом можно отметить высокую степень приближенности экспериментальных данных к результатам расчета предлагаемого программного обеспечения.

Рис. 3. Фрагмент работы предлагаемого программного обеспечения

Рис. 4. Пример расчета контактной жесткости по нормализованному методу

Рис. 5. Внешний вид электронной таблицы Excel с результатами расчета

Созданная программа позволяет рассчитывать значение нормальной контактной жесткости стыка двух деталей, контактирующие поверхности которых обработаны плоским шлифованием периферией круга. Однако математическая модель, используемая для расчета параметров качества шлифованной поверхности, может быть применена и для других видов шлифования (круглого наружного и внутреннего, плоского торцем круга). При этом необходима лишь небольшая доработка кода.

Используемые модели в коде программы оформлены в виде самостоятельного модуля - класса, который можно оформить в виде динамически подключаемой библиотеки, что позволит применять его в дальнейшем.

В настоящее время разрабатывается оптимизационный алгоритм, позволяющий находить условия шлифования, обеспечивающие с максимальной производительностью задаваемое пользователем значение контактной жесткости. В нем используется разработанный модуль, включающий все необходимые методы расчета. Этот модуль можно будет интегрировать с системами автоматизированного проектирования технологических процессов.

Список литературы

программный алгоритм жесткость стык

Суслов, А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей / А.Г. Суслов - М.: Машиностроение, 1987. - 208 с.: ил.

Суслов, А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин / А.Г. Суслов - М.: Машиностроение, 2000. - 319 с.

Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин / Э.В. Рыжов, А.Г. Суслов, В.П. Федоров. - М.: Машиностроение, 1979. - 176 с.: ил.

Бишутин, С.Г. Обеспечение требуемой совокупности параметров качества поверхностных слоев деталей при шлифовании: монография / С.Г. Бишутин - М.: Машиностроение-1, 2004. - 144 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru