Теоретична модель процесу вібраційно-відцентрової обробки

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТЕОРЕТИЧНА МОДЕЛЬ ПРОЦЕСУ ВІБРАЦІЙНО-ВІДЦЕНТРОВОЇ ОБРОБКИ

Кондратюк О.М., ст. викладач (Національний університет водного

господарства та природокористування, м. Рівне)

Анотація

В роботі проведено огляд вібраційної обробки, аналіз взаємодії гранули з деталлю, енергетичний рівень робочого середовища, шляхи їх підвищення. Виявлено основні параметри вібраційно-відцентрової обробки, яка підвищує інтенсивність обробки деталей.

Abstract

The paper carries out the review of the vibration processing, the analysis of the interaction of the granule with the element, the energy level of working environment, ways of their increasing. Basic parameters are determined of the vibration centrifugal processment which increases the intensiveness of elements processiry.

Одним із головних напрямів інтенсифікації вібраційної обробки є розробка нових її різновидностей. Інтенсивність вібраційної обробки (ВіО) визначається зняттям металу, або степенем пластичного деформування поверхні в результаті взаємодії гранули з деталлю. Чим вище енергетичний рівень середовища, тим більша сила такої взаємодії. При шпіндельній вібраційній обробці (ШВіО) підвищення інтенсивності досягається за рахунок поєднання енергії гранули, яку вона отримала від віброкамери, і енергії додаткового руху закріпленої деталі.

Особливістю віброабразивної електрохімічної обробки (ВіАЕХО) є те, що в зону взаємодії гранули і деталі додатково підводиться енергія електрохімічної реакції. Проходить анодне розчинення поверхневого шару деталі, яка обробляється, і його механічне зняття гранулами. Продуктивність процесу порівняно з ВіО підвищується.

Суть методу магніто-віброабразивної обробки (ВіМтАО) полягає в тому, що від окремого джерела в робочу зону вібраційного станка підводиться енергія постійного або змінного силового магнітного поля. Вібротермомеханічний метод (ВіТМО) проводить обробку з підігрівом деталей. гранула деталь деформування обробка

В розглянутих випадках підвищення інтенсивності ВіО досягається за рахунок одночасної дії на робоче середовище двох і більше видів енергій або ж додаткових рухів деталей, які обробляються.

Енергетичний рівень робочого середовища можна підвищити, якщо вібруючій камері надати додаткові переміщення [1, 2, 3].

Ускладнення кінематичного руху камери потрібно проводити таким чином, щоб завантажене робоче середовище піддавати одночасній взаємодії направлених вібрацій і відцентрових сил.

Ця ідея покладена в основу розробки нових процесів вібраційно-відцентрової обробки (ВВО) і обладнання для його здійснення.

На рис. 1 показана схема взаємодії абразивної гранули з поверхнею деталі при ВіО.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схема взаємодії гранули з оброблюваною поверхнею при ВіО

Обробляюча гранула, отримавши імпульс енергії від поверхні камери, яка коливається зі швидкістю V, ударяється об поверхню деталі. Силу удару Р розкладемо на дві складові: нормальну P_N, при допомозі якої гранула проникає в поверхню, яка обробляється, і дотичну Р_ф, яка зміщує гранулу вздовж поверхні.

Зі сторони деталі на зерна гранули, які знаходяться в зоні різання, діють складові нормальної реакції N_і та сили тертя F_і.

А при ВВО на гранулу крім сили вібрації Р діє відцентрова сила Р_ц (рис. 2).

Сумарна сила удару R при ВВО рівна геометричній сумі сил Р і Р_ц. Гранула під дією складових R_ф i R_N лишає на поверхні подряпину більшого об'єму ніж при дії Р_N i P_ф.

Запропонована теоретична модель розкриває фізичну суть взаємодії гранули з поверхнею деталі. Одночасна дія сили вібрації і відцентрової сили на гранулу збільшує об'єм, а значить і вагу знятої мікростружки, чим і забезпечує підвищення інтенсивності.

Для виявлення аналітичних залежностей запропонованої моделі процесу ВВО розглянемо рух окремих частинок робочого середовища по вібруючій поверхні, якій додано додатковий рух.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.2. Схема взаємодії гранули з оброблюваною поверхнею при ВВО

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Матеріальна частинка на поверхні, яка здійснює коливальні і поступальні рухи

Горизонтальна поверхня (рис. 3) коливається по закону

(1)

і рухається поступально по круговій траєкторії. Рівняння абсолютного руху поверхні в координатній формі має вид:

 (2)

де Х, У - координати точки контакту по поверхні з частинкою в нерухомій системі ОХУ;

- кругова частота коливного руху;

- кутова швидкість повороту радіус-вектора положення початку рухомої системи координат О₁ХУ;

- радіус траєкторії руху початку координат системи О₁ХУ;

- амплітуда коливного руху;

- час.

На частинку, яка знаходиться на поверхні, діють наступні сили (рис. 3):

- проекції сили інерції - i ;

- сила нормального тиску - реакція опори N;

- сила тертя, ;

Частинка знаходиться на вібруючій поверхні при умові, що

, (3)

В момент часу, коли

, (4)

частинки відриваються від поверхні. Після підстановки значень і проведення перетворень умова (4) прийме вигляд:

, (5)

Де , .

Користуючись методом хорд і дотичних або графічно (рис. 4) із останнього рівняння визначаємо значення часу t, який відповідає початку етапу польоту частинки. Вільне падіння частинки в координатах ОХУ описується системою рівнянь:

(6)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4.

Інтегруючи ці рівняння, отримаємо складові швидкості:

(7)

Закон руху частинки отримуємо після повторного інтегрування:

(8)

При початкових умовах t = t₀:

Визначаємо постійні інтегрування:

Характеристичні рівняння абсолютного руху частинки робочого середовища на етапі польоту мають вигляд:

(9)

Де

проекції швидкості частинки, а

проекції відносно переміщення частинки.

Аналітичні залежності (9) визначають рух до моменту падіння t_n частинки на поверхню. В момент t_n ординати положення частинки і поверхні співпадуть. Тому визначаючи значення t_n для абсолютного руху необхідно розв'язати систему рівнянь:

(10)

а для відносного руху:

(11)

Отримані рівняння можуть бути розв'язані графічним методом (рис. 5) або методом хорд і дотичних.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5.

Порівняємо кінематичні параметри руху частинки на етапі польоту для випадків, коли вібруюча поверхня здійснює тільки вертикальні гармонічні коливання і, коли така ж вібруюча поверхня переміщається по круговій траєкторії. Порівнювальні величини представимо у вигляді таблиці.

Таблиця

Визначаємо значення швидкості частинки в момент відриву від поверхні для обох випадків.

(12)

Значення , тому без великих похибок приймаємо значення .

Тоді

(13)

Проведений аналіз дозволяє зробити наступний висновок, що значення швидкості відриву частинки робочого середовища при складному русі збільшується на величину складової від додаткового руху по круговій траєкторії.

Максимальне значення швидкості частинки рівне швидкості переміщення точок поверхні в момент відриву.

Кінематичний характер частинки робочого середовища при вібраційно-відцентровій обробці забезпечує підвищення інтенсивності віброобробки. Це досягається за рахунок підвищення швидкості, прискорень і ускладнення траєкторії руху робочих камер вібраційно-відцентрових станків.

Рух частинок робочого середовища по поверхні робочої камери при вібраційно-відцентровій обробці проходить по спіральній кривій. Інтенсивність частинок робочого середовища залежить від їх відстані до осі камери. Із збільшенням цієї відстані інтенсивність дії камери на робоче середовище збільшується.

Література

1.Бабичев А.П., Трунин В.Б., Самодумский Ю.М., Устинов В.П. Вибрационные станки для обработки деталей. М.: Машиностроение, 1984. - 168 с.

2. Ющунев М.Н. Отделка поверхности и повышение прочности деталей при объемочной вибрационной обработке. Тезисы научно-технической конференции «Упрочняюще-калибрующие методы обработки деталей». Ростов-на-Дону, 1970. - с.174-176.

3. Ющунев М.Н. Отделочно-упрочняющая обработка в установке с вибрирующим и вращающимся контейнером. В сб. Вибрационная обработка деталей машин и приборов. Ростов-на -Дону, 1972. - с.105-112.

4. Бабичев А.П. Исследование технологических основ процесса вибрационной обработки, упрочнения и влияния их на эксплуатационные свойства деталей машин. Автореферат на соискание учебной степени доктора технических наук. Минск, 1970.

Размещено на Allbest.ru