Диссертация (Технологическое обеспечение качества прецизионных поверхностей деталей типа «тел вращения» из титановых сплавов), страница 9

Установка индентора 1 производится путем поджатия егок подшипнику 4 через отверстие сепаратора 2, позволяющего обеспечитьсоосность индентора 1 и основных нагружающих элементов, из-за жесткойсистемы крепления к плунжеру 3 через резьбу.56Рисунок 2.7 – Устройство для создания предварительного локального пластическогодеформирования57В свободную, образовавшуюся между поршнем 3 и плунжером 7, полостьзаливается гидравлическое масло 12, которое компенсирует неровностиобрабатываемой поверхности и обеспечивает равномерность и постоянствоусилия деформирования.Изменениевеличинылокальногообрабатываемуюзаготовкупроизводитсяфизическогопутемвоздействиявращениягайкина10,навинчиваемой на регулировочный винт поршня 7, в соответствии споказаниями манометра (на Рисунке 2.7 не показан, см.

позицию 20 Рисунка2.8), установленного в переходную втулку 11, впаянную в корпус.Для предотвращения протекания гидравлического масла и нарушенияточности системы нагружения на рабочих поверхностях плунжера 3 и поршня 7имеются уплотнительные кольца, изготавливаемые из тепломаслобензостойкойрезиновой смеси.Нанесение линий ПЛПД производится на обычных универсальных испециальных токарных станках [72, 77, 84].Рисунок 2.8 – Фиксация приспособления на станке58Устройство работает следующим образом. Заготовку 15 устанавливают вцентрах станка 18, а корпус 16 устройства закрепляют в резцедержателе 19(Рисунок 2.8). Установка и поджатие индентора 1 в точку контактаосуществляется посредством продольной подачи до упора в заготовку иподвинчиванием сепаратора.

Вращением гайки по резьбовой поверхностипоршня 7 осуществляется сжатие гидравлического масла 12, которое передаетдавление на плунжер 3 и деформирующий индентор соответственно.При этом давление, придаваемое гидравлическому маслу 12 от поршня 7остается неизменным за счет фиксации положения поршня 7 регулировочнойгайкой 10 и пружиной 8, обеспечивая постоянство давления, оказываемого наплунжер 3. Процесс обработки предполагает вращение заготовки 15, тогда какинструмент характеризуется продольной подачей.Самоустанавливаемость шарикового индентора 1 в процессе обкаткиделает возможным его свободное вращение при трении качения по материалузаготовки 15. Это и обеспечивает более благоприятные условия дляпластического деформирования.Важной отличительной особенностью данного приспособления являетсято, что в качестве деформирующего индентора допускается применениестандартных шарикоподшипников различного типоразмера, что обеспечиваетсоздание зоны локального пластического деформирования на различных видахматериалов с различной степенью деформации поверхности.При изготовлении приспособления для локального пластическогодеформирования поверхности в качестве инструментальных материаловсогласно нормативно-технической документации для изготовления станочныхприспособлений применялись следующие металлы:– для стопорного кольца 6, установочной гайки 9, регулировочной гайки10, переходной втулки 11, корпуса 16 – высокоуглеродистая сталь марки У8АГОСТ 1051-73 с последующей термической обработкой;59– для плунжера 3 и поршня 7 – коррозионностойкая сталь 12Х18Н9ТГОСТ 5632-72 с последующей термической обработкой и доводкой рабочейповерхности до «зеркала»;– для сепаратора 2 – цветной сплав Л-63 ГОСТ 15527-70;– пружина 8 – пружинная проволока А-1 ГОСТ 9389-75.Определение величины исходного давления и степени распространенияостаточных напряжений производилось в программной среде ANSYS 17.1.Моделирование проводилось с учетом физико-механических свойств материалаи шарикового индентора, диаметров рабочей части поверхности индентора изаготовки.

Выбор диаметра шарикового индентора определялся, в первуюочередь, из условий того, что при малых диаметрах деформирующих элементовдостигается большее упрочнение [77, 84].Длядостоверностипроводимыхэкспериментальныхисследованийрасчетные модели строились для технически чистого титана (Рисунок 2.9) и дляисследуемого (Рисунок 2.10) с изменяемыми режимными параметрами поприлагаемому давлению деформации, и постоянными диаметрами модели идеформирующего элемента.а) Режимные параметры воздействия: PПЛПД = 0.8 МПа60б) Режимные параметры воздействия: PПЛПД = 1.0 МПав) Режимные параметры воздействия: PПЛПД = 1.2 МПа61г) Режимные параметры воздействия: PПЛПД = 1.4 МПаРисунок 2.9 – Результирующие показатели распространения деформации в техническичистом титанеа) Режимные параметры воздействия: PПЛПД = 0.8 МПа62б) Режимные параметры воздействия: PПЛПД = 1.0 МПав) Режимные параметры воздействия: PПЛПД = 1.2 МПа63г) Режимные параметры воздействия: PПЛПД = 1.4 МПаРисунок 2.10 – Результирующие показатели распространения деформации в исследуемомтитановом сплаве0,120,10,08tc, мм0,060,040,02000,511,522,5PПЛПД, МПаэкспериментальные данныеданные имитационного моделированияРисунок 2.11 – Сравнительный анализ данных по моделированию процесса пластическогодеформирования на исследуемом материалеИз проведенного сравнительного анализа имитационного моделированияи экспериментов (Рисунок 2.11) можно сделать вывод, что необходимаяглубина деформирования, не превышающая снимаемый припуск, и с64оптимальнымраспространениемостаточныхнапряжений,соответствуетсоздаваемому воздействию, равному PПЛПД = 0.8 МПа, которые и будут принятыдля дальнейших расчетов и экспериментальных исследований.2.5 Выводы по второй главе1.

Проведенанализсуществующихнаданныймоментметодовобеспечения требуемых показателей качества и точности формы в процессеизготовления типовых изделий.2. Разработандеформирования,методпредварительногооснованныйналокальногоупругопластическомпластическогодеформированииповерхности обрабатываемой заготовки по прямой траектории до образованияструктурно-фазовых изменений.3. Разработано устройство для создания зоны с измененными физикомеханическими свойствами в зоне снимаемого припуска.4. Определены и обоснованы параметры для создания измененнойструктуры, которые будут применяться для дальнейших экспериментальныхисследований и расчетов.65ГЛАВА3ЭКВИВАЛЕНТНАЯМАТЕМАТИЧЕСКАЯМОДЕЛЬТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИДЕТАЛИ ТИПА «ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ» С УЧЕТОМ ЛОКАЛЬНОГОПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯКак установлено в технической литературе, посвященной обеспечениюкачества поверхностного слоя изготавливаемого изделия из титанового сплава[71, 85, 93, 113, 114], первостепенное влияние на формирование шероховатостиоказывают высокие показатели амплитуды автоколебаний технологическойсистемымеханическойобработки(ТСМО).Причинывозникновенияавтоколебаний в ТСМО и их перехода в неустойчивое состояние имеет оченьсложнуюфизическуюприроду,энергиядляподдержаниякоторыхгенерируется в рабочих процессах между отдельными рассматриваемымиэлементами глобальной системы, образующими замкнутый контур [41, 76, 94,].Оценить влияние неустойчивого автоколебательного процесса какфизического явления, воздействующего на формирование качественныхпоказателей поверхностного слоя изделия, возможно через математическоемоделирование поведения эквивалентной технологической системы.

ДляпостроенияматематическоймоделиТСМОнеобходимореализоватьследующий комплекс задач:- выбрать априорную модель технологической системы станка свыявлением координатных (внутренних) связей;- определить статические характеристики подсистем априорной моделитехнологической системы станка;- выбратьподсистемыаприорноймодели,обладающиевысокойчувствительностью к колебательным процессам, на основании определенныхстатических характеристик;- установить структурные связи (рабочие процессы) между выбраннымиподсистемами;- произвести аппроксимацию нелинейных дифференциальных уравнений.66В дополнении к основной математической модели необходимо заложитьпараметры локально измененной зоны, создаваемой посредством пластическогодеформирования как явления, снижающего амплитуду автоколебаний черезизменение протекания рабочих процессов.

Наличие параметров структурномодифицированной зоны в математической модели проявляется в видеизменения упругопластического состояния в рабочем процессе, позволяющегоконтролировать периодическую разницу в механических свойствах междуизмененнойструктуройиосновнымметаллом,атакжесбрасывать«динамические настройки» ТСМО.Следующим шагом после составления эквивалентной математическоймодели ТСМО и учета в ней предварительного локального пластическогодеформирования является выбор:- способа решения линейных дифференциальных уравнений;- имитационной моделирующей среды, в которой будет реализованпредпочтенный способ решения дифференциальных уравнений.Основываясь на полученных в процессе имитационного моделированиявиртуальныхвиброграммахдинамическиххарактеристикТСМО,прогнозируется среднеарифметическое отклонение профиля. По результатампроведенныхрасчетовоцениваетсявлияниевыбраннойдинамическойхарактеристики как с использованием измененной структуры, так и без нее, нашероховатость поверхности через построение графической зависимости.Сравнительныйанализимитационногомоделированиямеханическойобработки заготовки с учетом локального пластического воздействия и без негопозволит определить те режимы, на которых достигается необходимаяшероховатость поверхности, установленная технологическим процессом.673.1Построениематематическоймоделиэквивалентнойтехнологической системы механической обработкиОсновываясь на исследованиях отечественных и зарубежных ученых [91,95, 102, 105], эквивалентную технологическую систему станка можнопредставитькаксовокупностьмножестваупругихподсистем,взаимодействующих с собой через рабочий процесс.Наиболеезначимыми,сточкизренияопределениявлиянияавтоколебаний на показатели качества обрабатываемой поверхности, являютсяупругие элементы «инструмент» – «заготовка».

Характеристики такихэлементов определяются следующими основными параметрами: приведеннымимассами; жесткостью упругих элементов; силами неупругого сопротивления(демпфирования); связями между перемещениями масс в системе со многимистепенями свободы [66, 67, 68, 69, 107].В момент контактирования между рассматриваемыми подсистемамивозникают силовые воздействия, или другими словами рабочий процесс. Какизвестно, любое силовое воздействие со стороны рабочего процесса на упругийэлемент подсистемы вызывает относительное смещение последнего, образуя«подвижноесоединение».Связываяподсистемыпосредствомрабочегопроцесса, априорная модель становится автономной и замкнутой, что вызываетпостоянную генерацию механической энергии для поддержания в ТСМОавтоколебательного процесса [62, 63].К рабочим процессам относят как силу резания, определяющуюсяпроцессами при стружкообразовании, так и силу трения, зависящую отдискретного характера протекания нескольких фаз образования стружки [64,68].