CC BY
53
ТЕХНОЛОГИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ
УДК 621.787: 621.91
М.С. Махалов
АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ЦИКЛИЧЕСКОМ ДОЛГОВЕЧНОСТИ И НАЗНАЧЕНИЯ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ РАЗМЕРНЫМ СОВМЕЩЕННЫМ ОБКАТЫВАНИЕМ С УЧЕТОМ ЯВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАСЛЕДОВАНИЯ
Известно, что методы упрочняющей обработки, основанные на поверхностном пластическом деформировании (ППД), и, в частности, способ размерного совмещенного обкатывания (РСО) обладают широкими возможностями по обеспечению параметров качества поверхностного слоя (ПС).
Обработка РСО осуществляется двумя или тремя роликами, жестко настроенными на определенный размер обработки детали (рис. 1). Принципиальным является наличие в зоне волнообразования резца, который частично или полностью удаляет пластическую волну. Натяги деформирующих роликов существенно превышают приня-
тые для ППД и достигают величин в 1 мм, однако разрушения поверхности при этом не происходит вследствие удаления резцом части металла в районе вершины пластической волны [1].
На рис.1 приняты следующие обозначения: 8 -подача, п - частота вращения детали, Япр - профильный радиус ролика, Ир - расчетный натяг, ад -действительный зазор резца, Ид - действительный натяг ролика, d - длина горизонтальной проекции передней дуги контакта ролика с заготовкой, d1 -длина горизонтальной проекции задней дуги контакта ролика с заготовкой, Ив - высота пластической волны, 1 - длина передней внеконтактной зоны очага деформации (включая зону контакта с
Рис. 1. Схема очага деформации при обработке размерным совмещенным обкатыванием
резцом), L - длина передней зоны очага деформации (включая зону контакта с резцом и горизонтальную проекцию передней дуги контакта ролика с заготовкой), Д - высота упруго-пластического восстановления металла за деформирующим инструментом, w - ширина среза пластической волны (длина зоны контакта с резцом), © - угол вдавливания деформирующего инструмента, И - глубина упрочнения поверхностного слоя, AC1C2DEFG - характерные точки, описывающие границы очага деформации (табл. 3).
Исследования возможностей способа РСО, проведенные на базе положений механики технологического наследования, позволили:
- раскрыть физические закономерности и разработать модель формирования свойств поверхностного слоя с учетом явления технологического наследования [2];
- разработать расчетно-аналитическую модель формирования остаточных напряжений [2];
- разработать расчетно-аналитическую модель механического состояния поверхностного слоя упрочненной детали РСО на стадии циклической долговечности (ЦД) [3];
- установить влияние режимов на накопление деформации и исчерпание запаса пластичности металла поверхностного слоя [4];
- определить взаимосвязь распределения компонент тензора остаточных напряжений с технологическими режимами обработки РСО [4];
- выявить наследственные взаимосвязи механического состояния поверхностного слоя на стадии циклической долговечности с режимами упрочняющей обработки РСО [5].
Использование разработанных моделей, выявленных закономерностей и взаимосвязей позволяет определить параметры качества, накопленные параметры механического состояния ПС и циклическую долговечность упрочненных РСО деталей.
Однако решение задач управления накоплением деформаций, исчерпанием запаса пластичности металла, формированием тензора остаточных напряжений поверхностного слоя детали и назначения оптимальных режимов обработки, обеспечивающих требуемое качество ПС и ЦД детали, требует разработки расчетного алгоритма и автоматизации расчетных процедур.
С этой целью был разработан алгоритм расчета параметров обработки РСО, реализованный в виде программы для ЭВМ и позволяющий решать как прямую, так и обратную задачи [6-9].
Решение прямой задачи позволяет по заданным значениям параметров режима рассчитать параметры качества, накопленные параметры механического состояния поверхностного слоя, а также циклическую долговечность детали в условиях приложения усталостных нагрузок.
Решение обратной задачи позволяет по заданным значениям параметров механического состояния назначить оптимальные параметры режи-
ма обработки, обеспечивающие необходимое качество поверхности и долговечность детали.
Используемые в расчетах параметры разделены на 5 групп.
1. Технологические параметры режима обработки РСО.
2. Геометрические параметры очага деформации, возникающего при обработке.
3. Параметры механического состояния металла поверхностного слоя.
4. Параметры качества поверхностного слоя.
5. Параметры циклической долговечности.
При решении прямой задачи исходными данными являются технологические параметры режима обработки, а также механические свойства материала детали.
Предположим, что осуществляется обработка РСО предварительно обработанной резанием до 245,6 мм заготовки из стали 45 (160-180 НУ) ГОСТ 1050-88 при следующих значениях технологических факторов: Dр = 50 мм; п = 500 об/мин; S = 0,1 мм/об; Rпр = 3 мм; кд = 0,3 мм; ад = 0,1 мм.
Расчет выполнялся в следующей последовательности.
1. Определили расчетный натяг ролика: h = Ь + aд = 0,4 мм.
2. Рассчитали скорость обработки:
п • В • п
V =
—------= 70,68 м/мин.
1000
3. Рассчитали осевую и радиальную составляющие силы обработки [10-12]:
Px = 0,84 • ^0 + 190 • кд = 200 кгс = 2 кН,
Ру = 4,5 • НГ0 + 2500 • Ьд - 580 = 935 кгс = 9,35 кН.
4. Используя результаты работ [10-12], определили жесткость системы СПИД в направлениях осей системы координат (/х, $у, уг, Н/мм), а затем, величину упругого отжатия накатной установки в
P /
радиальном направлении: Ду = у/- мм. Это в
/ ~!у
свою очередь позволило рассчитать заданную величину натяга ролика: Нз = hд + Д мм.
Далее были рассчитаны геометрические параметры очага деформации:
5. Величина упруго-пластического восстановления металла за роликом:
Д = 0,025 • (^П^Й; -1)2 + 0,04
= 0,0402 мм.
6. Съем металла: 2 = Ид — Д = 0,26 мм (номинальный 2детали составил: Вд = 45,6 — 2 • 0,26
= 45,08 мм).
7. Длина передней и задней контактных поверхностей очага деформации:
й = . 2~Я~И~ = 1,5491 мм,
\ пр р
Рис. 2. Профиль очага деформации: (1 - передняя внеконтактная поверхность,
2 - поверхность контакта с роликом, 3 - задняя внеконтактная поверхность)
0 4912 мм Параметры качества обработанной поверхно-
сти составили -
^ =72^ -А
на
И
1 “\/ ~ ''пр
Ширина среза пластической волны:
V = 0,103 -^ + 0,456 ад
0,765 мм.
12. Степень упрочнения: § =
2 - И
Я
9. Длина передней внеконтактной поверхно-
сти:
мм.
10. Длина передней поверхности: Ь = I + й —
7,266 мм.
11. Используя установленные взаимосвязи, выполнили построение профиля очага деформации (рис. 2): передней внеконтактной поверхности (участок 1), поверхности контакта с роликом (участок 2) и задней внеконтактной поверхности (участок 3).
0,5164 - 51,64%.
13. Глубина упрочненного слоя:
h = 3 • ЛIЯ~И~ = 3,286 мм.
V Г Р
14. Шероховатость обработанной поверхности: Яа = 90 • • Д2 = 0,092 мкм.
15. Твердость обработанной поверхности: НУ, = НУ„ (5 +1) - 258.
16. Температура поверхности при обработке без учета влияния СОТС составила [13]:
Таблица 1. Координаты характерных точек компонент тензора остаточных напряжений
Компонент ах Компонент а Компонент аху
Напряжения на поверхности детали о А, МПа -141,3 8,68 -10,75
Напряжения в первом экстремуме Ов, МПа -260,0 -49,83 -66,22
Глубина расположения первого экстремума напряжений Иов, мм -2,15 -4,56 -1,39
Глубина распространения сжимающих напряжений Ио0, мм -5,65 -6,78 -3,54
Напряжения во втором экстремуме ОВ, МПа 208,7 63,4 39,54
Глубина расположения второго экстремума напряжений Ио0, мм -8,74 -11,35 -10,86
Глубина расположения условной точки затухания напряжений ИоЕ , мм -21,72 -24,07 -22,96
Рис. 3. Характерные точки и распределение компонент тензора ОН по глубине поверхностного слоя
t
= hр -(279 —18,4 • Япр )— 3,6 • Япр + 78,8
р пр пр
158 0С.
17. Исходя из результатов экспериментальных исследований, представленных в работе [13], назначили СОТС Эмульсол СП-3 (ГОСТ 5702-75). Температура поверхности с учетом выбранной СОТС составила t = 1200 С .
Далее, используя результаты работ [2, 4] рассчитали параметры механического состояния металла:
18. Степень деформации сдвига, накопленную при обработке: Лрсо = 2,547.
19. Степень исчерпания запаса пластичности:
¥ = 0 47
хРСО
20. Определили координаты характерных точек компонент тензора остаточных напряжений и построили распределения компонент по глубине поверхностного слоя (рис. 3, табл. 1).
Выполнили расчеты параметров стадии циклической долговечности:
21. Используя результаты работ [3,5], определили величину степени деформации сдвига, нако-
пленной на стадии ЦД: ДЛ
ЦД
1, 738.
22. Определили глубину зарождения усталостной трещины:
hтp = 0,002 • ехр(3,7 • ДЛЦд ) = 1,241 мм.
23. Рассчитали суммарную степень упрочнения поверхностного слоя, соответствующую моменту зарождения усталостной трещины:
5ЦД = 1,5 + 0,042 • ДЛЦД =1,573.
24. Рассчитали длительность стадии ЦД:
Нцд = (4,02 • 10—11) • ехр(16,16 • ёцд ) =
4,404 млн. циклов.
В качестве исходных данных при решении обратной задачи выступают значения параметров качества, механического состояния и циклической долговечности детали, которые технолог ожидает получить после обработки РСО.
Например, имея предварительно обработанную резанием до 045,5 мм заготовку из стали 45 (160-180 НУ) ГОСТ 1050-88, необходимо получить деталь номинальным диаметром Dд = 45 мм, имеющую следующие параметры качества:
- глубину упрочнения, к = 4 мм;
- степень упрочнения, 5= 0,5;
- шероховатость обработанной поверхности, Ra = 0,1..0,12 мкм;
- циклическую долговечность не менее Мцд = 3 млн. циклов, при амплитуде напряжений от внешней нагрузки многоциклового усталостного нагружения оа = 280 МПа, исходя из следующих
технологических условий:
- диаметр ролика, Dр = 50 мм;
- подача, S = 0,1 мм/об;
- частота вращения детали, п = 500 об/мин.
По представленным параметрам определили:
1. Твердость обработанной поверхности: НУ, = Н¥„ (5 +1)= 255.
Преобразовав расчетные формулы глубины к и степени 5 упрочнения поверхностного слоя и решив систему уравнений, рассчитали:
2. Расчетный натяг ролика:
0,5 • 4
к =—1=- = 0,471 мм. р л/18
3. Профильный радиус ролика:
„ 4 •л/2
Я =----------- = 3,77 мм.
пр 3 • 0,5
Далее рассчитали:
4. Скорость обработки:
Рх = 0,84-И¥0 +190- кд — 200 кгс — 2 кН,
Ру = 4,5 - ИГ0 + 2500- Ид - 5 80 — 935 кгс — 9,35 кН.
10. Как и при решении прямой задачи, используя результаты работ [10-12], определили жесткость системы СПИД в направлениях осей системы координат (їх, іУ, уг, Н/мм), а затем, величину упругого отжатия накатной установки в радиаль-
Р.
ном направлении:
A = у.
мм, что, в свою
очередь, позволило рассчитать заданную величину натяга ролика: кз = кд + Д мм.
Далее провели расчет геометрических параметров очага деформации:
11. Длины передней и задней контактных поверхностей ролика соответственно:
= 1,88 мм,
V =
п • Da • n
= 70,68 м/мин.
1000
5. Величину упруго-пластического восстановления металла за роликом:
' = 0,043
п -р
d1 = ^2 • R^ ■ A = 0,57мм.
12. Ширины среза пластической волны: h
w = 0,103 —— + 0,456 = 0,636 мм. a
A = 0,025 • QRv • hp — 1)2 + 0,04
мм.
6.
Необходимый съем
(45,5 — 45)
z =---------------------= 0,25 мм.
7.
Действительный
натяг
металла:
ролика:
13. Длины передней внеконтактной поверхности: l = w + УІ230 • ad +1,558 • S = 7,07 мм.
14. Длины передней поверхности L = l + d =
8,954 мм.
15. Построение профиля очага деформации выполнили аналогичным решению прямой задачи способом.
16. Провели проверку шероховатости обработанной поверхности:
Ra = 90 • -A2 = 0,113 мкм.
Определили, что значение шероховатости удовлетворяет условиям, поставленным в задаче.
17. Температура поверхности при обработке
Таблица 2. Координаты характерных точек компонент тензора остаточных напряжений
kd = z + A = 0,0293 мм. Для дальнейших расчетов было принято hd = 0,03
мм .
S. Действительный зазор резца: a д = h — h6
= 0,171 мм.
9. Составляющие силы обработки [10-12]:
Компонент ax Компонент ay Компонент axy
Напряжения на поверхности детали оА, МПа -176,8 7,6 -14,1
Напряжения в первом экстремуме Ов, МПа -283,7 -68,6 -83,3
Глубина расположения первого экстремума напряжений ков, мм -2,4 -4,56 -1,39
Глубина распространения сжимающих напряжений ко0, мм -6,2 -10,0 -3,6
Напряжения во втором экстремуме ОВ, МПа 218,0 57,2 39,5
Глубина расположения второго экстремума напряжений коВ, мм -9,4 -12,57 -10,86
Глубина расположения условной точки затухания напряжений коЕ , мм -22,7 -24,96 -22,96
без учета влияния СОТС составила [13]: t = кр • (279 —18,4 • Япр)—3,6 • Япр + 78,8 = 164 0С.
18. Исходя из результатов экспериментальных исследований, представленных в работе [13], назначили СОТС Эмульсол СП-3 (ГОСТ 5702-75). Температура поверхности с учетом выбранной
СОТС составила t = 1230 С .
Далее, используя результаты работ [2,4] рассчитали параметры механического состояния металла:
19. Степень деформации сдвига, накопленную при обработке: Л РСО = 3,959.
20. Степень исчерпания запаса пластичности:
х¥РСО = 0,822.
21. Аналогично решению прямой задачи, определили координаты характерных точек компонент тензора остаточных напряжений и построили распределения компонент по глубине поверхностного слоя (табл. 2).
Выполнили расчеты параметров стадии циклической долговечности:
22. Используя результаты работ [3,5], определили величину степени деформации сдвига, накопленной на стадии ЦД: ДЛ цд = 1,511.
23. Определили глубину зарождения усталостной трещины:
ктр = 0,002 • ехр(3,7 • ДЛЦд ) = 0,536мм.
24. Рассчитали суммарную степень упрочнения поверхностного слоя, соответствующую моменту зарождения усталостной трещины:
5ЦД = 1,5 + 0,042 • ДЛцд =1,563.
25. Рассчитали длительность стадии ЦД:
Нцд = (4,02 • 10—11) • ехр(16,16 • 5цд ) =
3,776 млн. циклов.
Поскольку полученные значения к, 5, Ra и Мцд находятся в пределах заданных требований, повторный расчет и корректировка параметров не требуется. В противном случае необходима корректировка условий хотя бы по одному из параметров качества (к, 5 Ra или Nцд). В первую очередь для корректировки должен быть выбран параметр, значение которого может быть изменено без изменения исходных условий обратной задачи. В случае необходимости изменения исходных данных, выбор того или иного параметра качества для смягчения условий производится исходя из того, какой из указанных параметров является наименее важным для условий эксплуатации детали.
Разработанный подход может быть использован для решения задач обеспечения ЦД других металлов.
Как было отмечено выше, для решения задачи расчета параметров при обработке нового металла необходимы начальные и граничные условия в виде очага деформации, кривой течения и диа-
граммы пластичности. Профиль очага деформации может быть получен моделированием, либо в результате проведения краткосрочного эксперимента, при этом уже существует база данных с результатами расчетов для сталей ШХ15, 40Х, 18ХГТ, 12Х18Н10Т, а кривая течения и диаграмма пластичности для большинства материалов являются справочной информацией [14].
Анализ показал, что достаточным для корректировки расчетного аппарата и учета свойств нового материала является создание и решение 3-5 конечно-элементных моделей механического состояния и остаточных напряжений при обработке с различными параметрами режима.
На основе представленного алгоритма на языке Бе1рЫ 7 разработана программа для ЭВМ «Расчет наследуемых параметров процесса размерного совмещенного обкатывания», позволяющая моделировать процесс РСО и расчетным путем назначать
Рациональные режимы обработки [15]. Программа прошла официальную регистрацию и включена в реестр программ для ЭВМ Российского агентства по патентам и товарным знакам [9].
Программа позволяет производить расчет наследуемых технологических и физикомеханических параметров процесса размерного совмещенного обкатывания (РСО) тремя способами (рис. 4):
1. Практический способ. Расчет по экспериментально полученному геометрическому профилю очага деформации. Профиль ОД может быть получен с помощью программы обработки профилограмм ОД [16].
Таким образом, исходной информацией в данном случае является либо совокупность значений координат опытных точек, которые формируют очаг деформации, либо графический файл профиля ОД, представленный в черно-белом формате.
2. Аналитический способ. Исходными данными являются технологические параметры режима обработки способом РСО [17].
3. Обратный аналитический способ. Исходными данными являются значения шероховатости, глубины и степени упрочнения поверхностного слоя, циклической долговечности детали, которые пользователь (технолог) желает получить посредством упрочняющей обработки РСО, а также набор технологических факторов-ограничений.
Для выбора способа расчета необходимо нажать на соответствующую цифру в секции «Способы расчета». Выбор определяется имеющимися исходными данными (поз. 1, рис. 5).
Исходные данные, необходимые для выбранного способа расчета, представлены на рис. 4, а в главном меню белыми полями (поз. 2, рис. 5). Ячейку с номером расчета/профилограммы «№ проф.» и маркой стали можно оставить незаполненными, достаточно лишь задать исходную твер-
Рис. 4. Схема программы расчета параметров РСО
дость металла в единицах по Виккерсу. раметров, программа рассчитывает остальные паВ процессе работы, на основе известных па- раметры процесса РСО и строит графическое изо-
бражение профиля ОД. Затем осуществляется построение распределений компонент остаточных напряжений и программы нагружения для данного режима обработки. Существует возможность сохранения рассчитанных параметров в файл отчета текстового формата (поз. 3, рис. 5), а полученных распределений в текстовые файлы с координатами точек (поз. 3, рис. 6 и поз.1, рис. 8).
При расчете по экспериментальному профилю очага деформации (1-й способ), для задания профиля очага деформации используется секция «Работа с файлами профиля ОД» (поз. 4, рис. 5), остальные исходные данные задаются в секции «Параметры режима обработки» (поз. 5, рис. 5). Профиль очага деформации может быть считан из графического файла распространенных форматов (например *.Ъшр, *.ет, и т.д). Файл обяза-
тельно должен быть черно-белым, для его открытия следует нажать кнопку «Открыть...» (поз. 6, рис. 5). После выбора графического файла необходимо ввести значения:
1. Горизонтального и вертикального увеличения профилограммы («ГУ» и «ВУ»).
2. Шага чтения профилограммы в миллиметрах.
3. Разрешения, выраженного в количестве точек на дюйм изображения.
4. Величины съема металла г в миллиметрах, которая определяется как разность значений действительного натяга и величины упруго-
пластического восстановления металла за роликом.
После этого следует нажать «Загрузить.» (поз. 7, рис. 5).
В случае, если файл с численными значениями координат точек ОД уже имеется, для задания профиля ОД, вместо всех вышеперечисленных действий необходимо:
1. Нажать кнопку «Открыть.» (поз. 8, рис. 5) и выбрать необходимый файл.
2. Нажать кнопку «Загрузить.» (поз. 9, рис.
5).
После загрузки корректной информации из графического файла, либо файла с данными, во вкладке «Профиль очага деформации» программы появляется графическое изображение профиля ОД (поз. 1, рис. 6).
Для указания границ зон очага деформации на изображении профиля ОД необходимо задать координаты абсцисс 5-и характерных точек -ЛСхСгЕЕ (табл. 3). Их расположение соответствует переходам между различными зонами очага деформации и используется программой в качестве точек смены аппроксимирующей функции.
Для выбора на представленном графике ОД левой клавишей мыши последовательно указываются соответствующие точки. При этом текущие координаты отображаются в правом верхнем углу окна. В случае неверного выбора имеется возможность повторно выбрать точки, нажав клавишу
7 Расчет наследуемых параметров процесса размерного совмещенного обкатывания (РСО) Версия 1.1
Параметры РСО | Профиль очага деформации | Остаточные напряжения] Программа нагружения |_ Авторы: Маха лов М С.. Блюменилейн В.Ю.
Работа с Файлами профиля ОД
№ проф. Марка |Ст 45
HV0 170
Од, мм 45
Dp, мм 90
V, м/мин 70,685
Рн, кг 1157,40
Параметры режима обработки ^ *
П, об/мин!
I
5, мм/об![0Л 1пр, мм 13,6264 Ир, мм 10,1335 Ьд, мм 10,0768 ад, мм 10,0566
Геометрические параметры ОД
w, мм |0,3
Delta, мм 10,0220 d, мм 10,975 d1, мм 10,3989 I, мм 13,075 Т eUa, град 115,745 L, мм 4,05 1
Параметры НДС Sigma |91,168 Edif 10,3292 СДС 11,5186 СИЗП 10,3185
Параметры качества после обработки | Способы расчета £
h, мм 12,0875 Ra, мкм 10,0159 'ft- 1
Gamma 10,2713 Gamma, % 127,136 Г 2
HVn 1216,13 t, С 194,115 г з
Графический Файл |C:\Program$\MyProg\RaschR
* Открыть...
Загрузить
Сохранить эксперим. ОД...
2 (Ы»<)е11а). мм
Разреш. изобр., с1р1 150
Шаг измерения, мм 1
ГУ 40
ВУ 400
8
Файл сданными |C:\Programs\MyP^\RaschR
Открыть... Загрузить4
7
9
Рис. 5. Главное меню программы. Выбор способа расчета и ввод исходных данных
«Сброс значений» (рис. 6). После корректного выбора координат следует запустить расчет параметров, нажатием одноименной кнопки. В процессе прямого расчета параметров 1-ым способом программа формирует аппроксимированный профиль очага деформации (поз. 2, рис. 6).
метров», при условии корректности введенных данных, осуществляется решение либо прямой (2й способ) (рис. 7, а), либо обратной (3-й способ) (рис. 7, б) задачи.
Наряду с расчетами в обоих случаях осущест-
Таблица 3
Характерные точки очага деформации__________________________________
№ точки Обозначение Описание
1 А Точка зарождения пластической волны
2 С, Точка перехода передней внеконтактной в поверхность контакта с резцом
3 С2 Точка перехода поверхности контакта с резцом в поверхность контакта с роликом
4 В Точка перехода передней поверхности контакта с роликом в заднюю
5 Е Точка перехода поверхности контакта с роликом в заднюю внеконтактную поверхность
6 Ж Точка окончания упруго-пластического восстановления металла
7 Є Точка экстремума границы очага деформации
При расчете по технологическим параметрам режима обработки (2-й способ) или при расчете по параметрам качества поверхностного слоя (3-й способ) задание исходных параметров осуществляется посредством ввода значений в соответствующие окна. По нажатию кнопки «Расчет пара-
вляется построение аналитического профиля ОД (поз. 2, рис. 6), осуществляется расчет координат характерных точек и построение распределения компонент тензора остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя (рис. 8). В этом же разделе программа индицирует глубины располо-
Расчет наследуемых параметров процесса размерного совмещенного обкатывания (РСО) Версия 1.1
^п]х]
Параметры РСО Профиль очага деформации | Остаточные напряжения | Программа нагружения | Авторы: Махалов М С. Бломеншгейн В Ю.
Координаты 5-й характерных точек очага деформации 1 |-4,05 2 |-1.275 3 1 0.975 4 |0.25 5 11.425
,варительно точки выбраны верно!
Сброс значений____________
Позиция курсора X |-0.820 У [0.1543
3
Значения накопленного угла наклона касательной к профилю ОД по поверхностям (в градусах) — Угол№1 14,2258 Угол №2 169,377 Угол№3 |12.293 Угол №4 |-1.113 Угол №5 |87,010
Рис. 6. Аппроксимированный профиль ОД
7 Расчет наследуемых параметров процесса размерного совме^^|7 Расчет наследуемых параметров процесса размерного совм
Параметры РСО | Профиль очага деформации | Остаточные напряжения р Параметры режима обработки —
п, об/мин |500 5, мм/об [01 Ипр, мм |з Ир, мм |0,4 Ьд, мм |0,3 ад, мм |0,1 Ру, кг |Э35
Геометрические параметры ОД w, мм 10,309 Delta, мм 10,0402
d, мм 11,5491 d1, мм 10,4912
I, мм 15,7862 Тelta, град 131,090 L, мм 17,3354
Параметры НДС Sigma |93,939 Edif |0,3606 СДС (2,5476 СИЗП |0,4708
Параметры качества после обработки h, мм 13,2863 Ra, мкм 10,0921 Gamma |0,5163 Gamma, X |51,639 HVn 1257,78 t, С |157,6
Способы расчета ■ Г 1
2
Г 3
Расчет параметров Сохранить...
Параметры РСО | Профиль очага деформации | Остаточные напряжения - Параметры режима обработки —
Г еометрические параметры ОД w, мм 10,1802 Delta, мм 10,0427 d, мм 11,8856 d1, мм 10,5680
I, мм 17,3511 Тelta, град 130,000 L, мм 19,2367
Параметры качества после обработки h, мм [4 Ra, мкм |0,1130
Gamma [(Х5 Gamma, % [50
HVn [255 і С [і 64,12"
Параметры НДС Sigma 196,277
Edif [03920 СДС |3,9592 СИЗП |0,8218
Расчет параметров
а) б)
Рис. 7. Результаты расчета параметров РСО: а) 2-ым способом, б) 3-им способом
7' Расчет наследуемых параметров процесса размерного совмещенного обкатывания (РСО) Версия 1.1
Параметры РСО | Профиль очага деформации Остаточные напряжения | Программа нагружения | Авторы: Маханов М С.. Боомеицявйн В.Ю.
Характерные точки компонент ОН X Y XV
Sa кгс/мм2 |-14,13 0,8684 -1,075
hb, мм |-2,148 ■4,562 ■1,390
Sb, кгс/мм2 |-26,00 -4,983 -6,622
he, мм |-5,650 -6,779 -3,536
Sd, кгс/мм2 го о со --J сл 6,344 3,9545
hd, мм I-8,741 -11,35 -10,86
Se, кгс/мм2 |-21,72 -24,07 -22,90
Сохранить эпюру ОН... * і
Рис. 8. Распределение компонент тензора ОН по глубине ПС
жения и значения напряжений в характерных точ- нагружения металла, при этом в отдельном разде-
ках эпюр ОН. ле также индицируются координаты ее характер-
По результатам расчета строится программа ных точек (рис. 9).
Рис. 9. Построенная по результатам расчета программа нагружения металла
Таким образом, разработанный программный продукт позволяет прогнозировать параметры упрочнения, распределение составляющих тензора остаточных напряжений по глубине упрочненного поверхностного слоя и циклическую долговечность детали в зависимости от технологических режимов обработки РСО.
На взгляд автора, проведение исследований и разработка подобных алгоритмов и программных продуктов применительно к другим методам обработки позволит существенно сократить экспериментальную составляющую при прогнозировании ресурса ответственных деталей, заменив ее расчетной.
Наряду с этим, появится возможность оценить возможности различных методов обработки и выявить их наиболее эффективные режимы.
Работа выполнена под руководством д.т.н. проф. Блюменштейна В.Ю. в рамках работ по проекту «Научные основы технологического наследования наноразмерной дефектной структуры поверхностного слоя в процессах комбинированной упрочняющей обработки, эксплуатации и вос-
становления ответственных деталей машин» аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», мероприятие 2 «Проведение фундаментальных исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук, научно-методическое обеспечение развития инфраструктуры вузовской науки», раздел 2.1 «Проведение фундаментальных исследований в области естественных, технических и гуманитарных наук», подраздел 2.1.2 «Проведение фундаментальных исследований в области технических наук» и проекту «Формирование и трансформация наноструктурного состояния поверхностного слоя при комбинированной упрочняющей обработке и эксплуатации ответственных деталей машин» федеральной целевой программы «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы, мероприятие 1.2.1 «Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук» направления 1 «Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Блюменштейн В. Ю. Очаг деформации при размерном совмещенном обкатывании как основа физических представлений и решения задач механики технологического наследования / В. Ю. Блюмен-
штейн, М. С. Махалов // Вестник КузГТУ. - 2004. - № 4. - С. 83-89.
2. Блюменштейн В. Ю. Механика поверхностного слоя при обработке размерным совмещенным обкатыванием / В. Ю. Блюменштейн, М. С. Махалов // Упрочняющие технологии и покрытия. - М.: Машиностроение, 2006. - №2(14). - С. 18-27.
3. Блюменштейн В. Ю. Расчетно-аналитическая модель механического состояния поверхностного слоя упрочненной детали на стадии циклического нагружения после обработки размерным совмещенным обкатыванием / В. Ю. Блюменштейн, М. С. Махалов // Упрочняющие технологии и покрытия. -2009. - № 3. - С. 33-39.
4. Блюменштейн В. Ю. Влияние режимов размерного совмещенного обкатывания на механическое состояние поверхностного слоя / В. Ю. Блюменштейн, М. С. Махалов // Упрочняющие технологии и покрытия. - М.: Машиностроение, 2006. - № 5(17). - С. 21-29.
5. Блюменштейн В. Ю. Наследственные взаимосвязи механического состояния поверхностного слоя на стадии циклической долговечности с режимами упрочняющей обработки РСО / В. Ю. Блюмен-штейн, М. С. Махалов // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2009. - № 4. - С. 6-14.
6. Блюменштейн В. Ю. Управление качеством поверхностного слоя деталей машин на основе применения размерного совмещенного обкатывания / В. Ю. Блюменштейн, М. С. Махалов // Известия Орел-ГТУ. - 2004. - № 2. - С. 24-28.
7. Махалов М. С. Алгоритм расчета параметров размерного совмещенного обкатывания / М. С. Махалов // Информационный листок / Кем ЦНТИ. - Кемерово, 2005. - 3 с.
8. Махалов М. С. Автоматизация проектирования технологии размерного совмещенного обкатывания / М. С. Махалов // Известия ОрелГТУ. Машиностроение. Приборостроение. В 2-х т. Т.2. - 2006. - № 3(529) - С. 31-36.
9. Блюменштейн В.Ю., Махалов М. С. Расчет наследуемых параметров процесса размерного совмещенного обкатывания. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005611281 от 31 мая 2005г.
10. Васильев В. А. Исследование основных технологических параметров РСО : дис. ... канд. техн. наук : 05.02.08. - М., 1980. - 229 с.
11. Игнатов В. Б. Исправление исходной погрешности при обработке РСО : дис. . канд. техн. наук : 05.02.08. - М., 1983. - 276 с.
12. Блюменштейн В. Ю. Исследование качества поверхностного слоя деталей машин после размерного совмещенного обкатывания : дис. ... канд. техн. наук : 05.02.08. - М., 1979. - 254 с.
13. Ныклевич Т. Р. Тепловые явления и качество поверхностного слоя деталей машин при обработке размерным совмещенным обкатыванием : дис. ... канд. техн. наук : 05.02.08. - М., 1983. - 151 с.
14. Блюменштейн В. Ю., Журавлев А. В. База данных технологического наследования (БДТН). Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2002620152 от 17 сентября 2002 г.
15. Бе1рЫ 7 / А. Д. Хомоненко [и др.]; под общ. ред. А. Д. Хомоненко. - СПб.: БХВ-петербург, 2004. -1216 с.: ил.
16. Блюменштейн В. Ю., Махалов М. С., Сусленков С. В. Обработка профилограмм очагов деформации при размерном совмещенном обкатывании и поверхностном пластическом деформировании. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2002611071 от 27 июня 2002 г.
17. Блюменштейн В. Ю., Махалов М. С. Расчет параметров процесса размерного совмещенного обкатывания. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2002611072 от 27 июня 2002 г.
□ Автор статьи:
Махалов Максим Сергеевич
- канд.техн.наук, доц. каф.
«Технология машиностроения».
КузГТУ Тел. 8-903-907-45-02.
