Повышение качества поверхностного слоя изделий из титанового сплава методом ультразвуковой обработки (1095101), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Отмечен весомый вклад в изучение иразвитие перспективной технологии УЗО, который внесли современные исследователиЮ.М. Боровин, В.Ю. Борозна, А.Г. Бочкарёв, К.В. Зайцев, Ким Чанг Сик, А.В. Кимстач,Д.П. Клочков,Н.П. Коломеец,Е.Е. Корниенко,И.О. Кудашева,Н.В. Лихобабина,О.Н. Нехорошков, Ю.В. Никитин, Н.С. Обловацкая, Г.А. Осипенкова, А.П. Петровский,А.С. Селиванов, Ю.С. Семёнова, С.Б. Скобелев, З.В.
Степчева, А.С. Шинкарёв и др.На основании проведённого литературного обзора был выявлен перечень проблем,решению которых не уделялось достаточного внимания, определены цели и задачидиссертационной работы, описаны объект, предмет и методы проведения теоретических иэкспериментальных исследований.8Во второй главе проведены теоретические исследования технологического процессаультразвуковой обработки.Усовершенствована математическая модель контактного взаимодействия индентора собрабатываемойповерхностью,восновукоторойположенафизическаякартинадискретности пятна контакта (рис.
1):1) в расчёт берётся динамическая составляющая процесса внедрения инструмента взаготовку, зависящая от частоты и амплитуды ультразвуковых колебаний, которыеопределяют скорость, силу, импульс и энергию внедрения индентора в поверхность металла;2) учитывается взаимное перемещение заготовки и инструмента друг относительнодруга в момент внедрения индентора, вследствие чего профиль отпечатка искажается,преобразуясь из окружности в эллипс;3) рассматривается соотношение величины исходной шероховатости обрабатываемогопрофиля и глубины внедрения индентора, складывающейся из статической и динамическойсоставляющих, которое определяет величину контактного сближения, оказывая влияние нафактическую площадь пятна контакта и значение получаемой шероховатости.Рис.
1. Модель контактного взаимодействия индентора с обрабатываемой поверхностьюПриняв за основу расчётов усовершенствованную математическую модель контактноговзаимодействия индентора с обрабатываемой поверхностью и используя полученные ранееуравнения и гипотезы из известных работ Н.Б. Демкина, М.Н. Добычина, М.С. Дрозда,А.В. Киричека,В.С. Комбалова,И.В. Крагельского,М.М. Матлина,Н.М. Михина,Д.Д.
Папшева, Э.В. Рыжова, Ю.И. Сидякина, В.М. Смелянского и А.Г. Суслова, былиполучены аналитические уравнения для расчёта контактного давления, стойкостиинструмента, энергии деформирования, степени перекрытия отпечатков от действияиндентора и высоты выступов профиля обработанной поверхности.91. Аналитическое уравнение для расчёта давления в зоне контакта инструмента изаготовки при УЗО:Fст 4 mин A f 2 10 9pRзаг4 Rин 3Rзаг Rин1 (h ) h (4Fст2 mин A f 2 10 92 Rпр НД Rпр НД nдRz исх 103( МПа))22. Аналитическое уравнение для расчёта стойкости индентора с условиемсохранения очага деформации 3-го вида при УЗО:Rнач (t3.
АналитическоеRz исх 1)R p исх 3 Rv исх4103 (час)60 I h Vглуравнениедлярасчётаэнергии,затрачиваемойнадеформирование шероховатости профиля за одно внедрение инструмента при УЗО:Eдеф 3A ( Rин sin 10 3 4tg ( Rин sin 1,33 Vгл 39,4 f2S об2Rзаг)Fст2 mин A f 2 10 9A 10 3 ) () t p Т ( мДж)tg2 Rпр НД Rпр НД nд4. Аналитические уравнения для расчёта степени перекрытия отпечатков отдействия индентора в направлении главного движения и движения подачи при УЗО:n гл (1 nпод 8,27 VглS2A fRин sin f 10 3 1,33 Vгл 39,4 об2tgR загA(2 [ Rин sin 10 3 ] S об ) (tgRзаг4 Rин 3Rзаг RинRин sin A 10 3tg21 (h ) h (410) 100%S обSA) ( Rин sin 10 3 об )4tg2Fст2 mин A f 2 10 92 Rпр НД Rпр НД nдRz исх 103)2 100%,5.
Аналитические уравнения для расчёта высоты выступов профиля обработаннойповерхности с учётом степени перекрытия отпечатков в направлении главного движения идвижения подачи при УЗО:ymax гл ( Rин Rин ( Rин sin 2A 10 3 tg 1,33 Vгл 39,4 f8,27 Vгл(Rин sin f Rz исх прод (ymax под ( Rин Rин 2A f 10 3 1,33 Vгл 39,4 tg 2S об2Rзаг2S об2Rзаг)2 ) 2 ) 103 Fст2 mин A f 2 10 9) 103 ( мкм)2 Rпр НД Rпр НД nд2S обFст2 mин A f 2 10 9) 103 Rz исх поп () 103 ( мкм)42 Rпр НД Rпр НД nдВ приведённых аналитических уравнениях используются следующие обозначения:Rин – радиус инструмента (мм); Rзаг – радиус заготовки (мм); h и ω - остаточная и упругаядеформациизаготовкииинструмента(мм),М.С. Дрозда, М.М.
Матлина и Ю.И. Сидякина h Герца3рассчитываютсясогласноформуламFст2 mин A f 2 109 и формуле2 Rпр НД Rпр НД nд9 2 (kин k заг ) 2 ( Fст 2 mин A f 2 109 ) 2 ,16Rпрприэтом2kин (1 ин) /( Eин ) ,2k заг (1 заг) /( Eзаг ) , где µин и µзаг - коэффициенты Пуассона инструмента и заготовки,Eин и Eзаг – модули Юнга инструмента и заготовки (МПа); Fст - сила статического прижимаинструмента к заготовке (Н); Rпр - приведённый радиус поверхностей контактирующихтел (мм), рассчитывается как Rзаг · Rин / (Rзаг + Rин); НД - пластическая твёрдость (МПа),рассчитывается как (HB / 1,96)1,1236 = (HV / 1,96)1,1236, т.к.
HB ≈ HV до ~ 5000 МПа, где HB иHV – твёрдость по Бринеллю и Виккерсу (МПа); mин - масса инструмента, обычноскладывающаяся из масс непосредственно индентора и жёстко закреплённого с нимволновода-концентратора (г); A - амплитуда ультразвуковых колебаний (мкм); f - частотаультразвуковых колебаний (Гц); nд - динамический коэффициент пластической твёрдости,равен 0,5 (1 137 V / НД 1 2250 V / НД ) , где скорость внедрения V = 2·A·f·10-6 (м/сек);Rz исх - исходная шероховатость поверхности (мкм); Rнач – начальный радиус инструмента донаступления износа (мм); Rp исх – исходная высота сглаживания выступов профиля (мкм);11Rv исх - исходная глубина сглаживания впадин профиля (мкм); Ih - интенсивность линейногоизнашивания, определяемая эмпирически для данной пары материалов инструмента изаготовки при заданном технологическом режиме обработки (статической силе, скорости идр.); Vгл – скорость главного движения (м/мин); α – угол внедрения инструмента в заготовкупри статическом прижиме, определяемый эмпирически и зависящий от силы, а также отгеометрических и физико-механических параметров инструмента и заготовки, на практикесоставляет порядка 3…7º; Sоб - величина оборотной подачи (мм/об); tp - коэффициентзаполнения профиля на уровне глубины внедрения индентора (%); σт - предел текучестиобрабатываемого материала (МПа).Граничные условия для соблюдения необходимой степени перекрытия отпечатковв направлениях главного движения и движения подачи при токарной схеме обработки сучётом определяемого эмпирически угла внедрения индентора в обрабатываемуюповерхность выглядят следующим образом:Vгл 0,1 f ( Rин sin S об Rин sin A103 ) ( м / мин)tgA10 3 ( мм / об )tgПри этом следует иметь ввиду, что снижение величин указанных параметров висследованном технологическом диапазоне приводит к одновременному улучшению какгеометрических, так и физико-механических характеристик поверхности.
Нижний пределограничивается требуемой производительностью процесса обработки.Коэффициент обработанности поверхности рассчитывается следующим образом:k 0,06 f( ударов / мм2 ) .Sоб VглРасчёты, проведённые с использованием полученных аналитических уравнений,показали адекватность предложенной математической модели и удовлетворительнуюсходимость теоретических и эмпирических значений указанных параметров.
По сравнению сранеевыполненнымиработамипредложенныйподходобеспечиваетвозможностьтеоретического расчёта параметров процесса УЗО с минимальными погрешностями, чтопозволяет технологически управлять качеством выпускаемых изделий.В третьей главе приведено описание технологии, оборудования и методов проведенияэкспериментальных исследований.Для изучения влияния технологических режимов УЗО на геометрические и физикомеханические характеристики поверхностного слоя изделий из титанового сплава ВТ6 были12проведеныисследованияпометодикеклассическогоэксперимента(табл.1)состатистической обработкой результатов по модели полного двухфакторного экспериментаN = 22 (табл.
2 и 3).Табл. 1 «Величины технологических параметров режима обработки»ПараметрЗначениеМощность генератора Nвых / Nпотр630 Вт / 800 ВтЧастота ультразвуковых колебаний f20 кГцАмплитуда ультразвуковых колебаний A10 мкмРадиус бочкообразного индентора Rинд12 ммВеличина поперечной подачи Sпоп0,05 мм/шагСила статического прижима Fст50, 75, 100, 125, 150 НСкорость продольной подачи Sпрод180, 225, 270, 315, 360 мм/минТабл.
2 «Матрица модели полного двухфакторного эксперимента»№ опытаX1X21-1-12-1+13+1-14+1+1Табл. 3 «Величины входных факторов на верхнем и нижнем уровнях»УровеньФакторыВерхний (+1)Нижний (-1)Fст (Н)15050Sпрод (мм/мин)360180Частота и амплитуда колебаний индентора задавались с помощью ультразвуковогогенератора, а сила статического прижима (согласно показаниям динамометра), скоростьпродольнойивеличинапоперечнойподачи–посредствомустройстваЧПУметаллорежущего станка, на котором была закреплена ультразвуковая колебательнаясистема. При этом Fст определяло глубину упрочнения, а Sпрод (совместно с Fст) - степеньупрочнения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
