Алмазное выглаживание стальных заготовок с использованием энергии модулированного УЗ-поля Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Влияние длины прорезей ЬнтЫ на величину Ла зависит от количества радиальных прорезей ТКШК. Например, при шлифовании заготовок из стали ХВГ ТКШК с тремя прорезями увеличение Ьнтш с 7 до 18 мм приводит к росту на (9 - 15) %, заготовок из стали Р6М5 - на (2 - 27) %. При шлифовании ТКШК с восемью прорезями увеличение Ьнтш при шлифовании заготовок из стали ХВГ вызывает рост параметра Яа на (22 - 65) %, при шлифовании заготовок из стали Р6М5 - на (56 -111)%.

Такое влияние длины Ьятм и количества гп прорезей на величину связано с уменьшением общего количества абразивных зёрен на рабочей поверхности круга и увеличением глубины их внедрения в материал обрабатываемой заготовки, а также с ростом толщины слоя обрабатываемого металла, снимаемого режущими абразивными зёрнами, связанным с наличием периода времени, когда режущие выступы ТКШК не контактируют с обрабатываемой

поверхностью заготовки. Увеличение количества прорезей с 3 до 8 при их

• *

малой длине (Ьнтт = 7 мм) приводит к уменьшению, а при Ьн,п:п = 18 мм - к увеличению параметра Яа. Наименьшие значения параметра отмечены при шлифовании ТК£ЦК с восемью прорезями длиной 7 мм. Уменьшение параметра Яа при этом составило при шлифовании заготовок из стали ХВГ (4 - 54) %, а при шлифовахши заготовок из стали Р6М5 - (23 - 85) %. При этом верхние границы приведённых диапазонов значений соответствуют шлифованию с врезной подачей = 0,05 мм/дв.х.

Таким образом, на основании выполненных исследований можно еде-

,.'УС___ * *. •

лать вывод о том, что при проектировании ТКШК для операции заточки РИ прорези необходимо выполнять небольшой длины. Количество и длину прорезей необходимо подбирать так, чтобы отношение длины прорези к длине режущего выступа ТКШК находилось в пределах 0,25 - 0,35.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

«

1. Патент 2163535 1Ш, МКИ В24Б 7/10. Шлифовальный круг / Л. В. Худобин, Н. И. Веткасов, С. М. Михайлин, В. А. Щепочкин. Опубл. 21.06.01. Бюл. № 6.

Веткасов Николай Ивановичу кандидат технических наук\ доцент кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ, окончил Ульяновский политехнический институт. Работает над совершенствованием технологии шлифования.

Щепочкин Владислав Александровичу аспирант той же кафедры, окончил УлГТУ. Работает над повышением эффективности операций шлифования.

УДК 621.9.048.6

Е. С. КИСЕЛЁВ, Д. Е. ПОДОПРИГОРОВ, Т. Г. КИРНАСОВ

АЛМАЗНОЕ ВЫГЛАЖИВАНИЕ СТАЛЬНЫХ ЗАГОТОВОК

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭНЕРГИИ МОДУЛИРОВАННОГО УЗ-ПОЛЯ

»

Экспериментально подтверждена возможность формирования поверхностей деталей машин с регулярным микрорельефом алмазным выглаживанием с наложением на выгла-живатель модулированных по амплитуде и частоте ультразвуковых колебаний. Варьируя видом, формой, амплитудой и глубиной модуляции ультразвукового сигнала,можно изменять в широких пределах технологические показатели операции алмазного выглаживания.

Алмазное выглаживание с наложением ультразвуковых колебаний (УЗК) является одним из наиболее надёжных методов повышения эксплуатационных характеристик деталей машин. Наложение УЗК на алмазный выгла-живатель позволяет существенно повысить микротвёрдость, уменьшить высотные параметры шероховатости и создать благоприятные сжимающие остаточные напряжения в поверхностных слоях деталей при незначительных (до 200 Н) усилиях выглаживания. Последнее открывает возможности широкого использования алмазного выглаживания при обработке тонкостенных заготовок.

• г •

Известно, что увеличение амплитуды УЗК до (4 - 6) мкм способствует увеличению микротвёрдости и уменьшению высотных параметров шероховатости поверхности обрабатываемой заготовки [1]. При дальнейшем увеличении амплитуды наблюдается некоторое разупрочнение поверхностного слоя, проявляющееся в уменьшении микротвёрдости и увеличении высотных пара-метров шероховатости за счёт образования отслоений. Вместе с тем увеличение амплитуды колебаний свыше (4 - 6) мкм способствует увеличению сжимающих остаточных напряжений в поверхностном слое и глубины их залегания. В целях увеличения амплитуды УЗК без снижения упрочнения, сжимающих остаточных напряжений и глубины их залегания предложено применять УЗК, модулированные по амплитуде дополнительным синусоидальным сигналом [2].

Модулированные колебания - это колебания с относительно медленным изменением амплитуды, частоты или фазы таким образом, чтобы за период колебаний модулированный параметр изменялся незначительно.

При амплитудной модуляции синусоидальным сигналом уравнение, описывающее модулированное колебание, имеет вид:

X = А0 (1 + О вт ¿2 )зт {сот + <р),

где А0 - амплитуда исходного колебания (основного колебания несущей частоты), м; со = - циклическая частота исходного колебания, Гц; ¿2 - частота модулированного колебания, Гц, (р - начальная фаза исходного колебания, рад; <7 - глубина модуляции, характеризующая степень изменения амплитуды

б = (Д™ - Д™ МЛах Да ) >

где у4„2ах и - максимальное и минимальное значения амплитуды, м.

Частота колебаний О характеризует скорость изменения амплитуды и во много раз меньше со.

При частотной модуляции модулирующий сигнал вызывает изменения мгновенных значений частоты, не влияя на амплитуду колебаний. В случае модуляции синусоидальным сигналом уравнение, описывающее модулированное колебание, имеет вид:

1

X = А0 [$Ш(ФГ)+ /3 вт(/?г)-соз(а;г)].

Как амплитудную, так и частотную модуляцию УЗК выглаживателя, на наш взгляд, можно использовать для создания на поверхностях обрабаты-ваемьтх заготовок регулярных микрорельефов, что в существенной степени будет способствовать повышению эксплуатационных свойств пар трения. При этом, в отличие от общеизвестных методов создания регулярных микрорельефов вибрационными головками на частотах до (5-10) кГц [3], использование модулированных УЗК для алмазного выглаживания не сопряжено с вероятностью усиления вибраций в технологической системе, а, наоборот, сопровождается их демпфированием [4] и осуществляется при существенно меньших усилиях поверхностно-пластического деформирования.

Учитывая конструктивные особенности современных УЗ-генераторов, с целью их упрощения и снижения себестоимости изготовления, в ряде случаев амплитудную модуляцию можно осуществлять не только синусоидальным, но и сигналом другой формы (например, прямоугольной). Насколько существенна будет в этом случае разница в технологической эффективности алмазного выглаживания, в форме и глубине регулярного микрорельефа на обработанных поверхностях заготовок оценивали экспериментально. Алмазное выглаживание выполняли на токарно-винторезном станке УТ16-ПМ, используя устройство для алмазного выглаживания заготовок, УЗ-генератор Техма-2М (разработка УлГТУ), универсальный динамометр УДМ-100, усилитель 8АНЧ-26М, осциллограф Нева-МТ. В качестве деформирующего инструмента применяли алмазный выглаживатель с радиусом сферы 4 мм. Перед алмазным выглаживанием заготовки диаметром (40 - 50) мм из сталей 95Х18Ш и 40Х шлифовали с целью получения стабильных значений параметра шероховатости Ка = (0,40 - 0,45) мкм. Статическую .силу поджатия алмазного выглаживателя к заготовке сохраняли на втором и третьем этапах исследования (см. ниже) постоянной (Ру = 100 Н), рабочая скорость обработки составляла 35 м/мин, а

скорость продольной подачи - 0,064 мм/об. В качестве СОЖ использовали индустриальное масло И-20А.

Исследования проводили в 3 этапа. На первом этапе было подтверждено предположение, что амплитудную и частотную модуляцию УЗК алмазного выглаживателя можно использовать для создания регулярного микрорельефа на обрабатываемых заготовках: запись профилограмм обрабатываемых поверхностей показывает, что, варьируя амплитудой и частотой модулированного сигнала и значением статической силы поджатия алмазного выглаживателя, можно получать микрорельеф поверхности готовой детали с глубиной до 10 мкм и шагом канавок до 100 мкм. Этого вполне достаточно для удержания дополнительного количества смазки на поверхностях трущихся тел [3].

На втором этапе исследований при изменении амплитуды механических колебаний выглаживателя оценивали влияние вида и формы модуляции УЗ-поля на показатели технологической эффективности - касательную силу выглаживания Pz, микротвёрдость обрабатываемой поверхности Нюо и параметр шероховатости Ra. Установлено (рис. 1), что амплитудная модуляция синусоидальным и прямоугольным сигналами обеспечивает примерно одинаковые технологические показатели практически во всем диапазоне амплитуд механических колебаний алмазного выглаживателя (от 5 до 14 мкм).

На третьем этапе исследований оценивали влияние глубины модуляции на технологическую эффективность алмазного выглаживания заготовок с наложением УЗК. Анализ результатов (рис. 2) показал, что для достижения более высоких значений технологических показателей обработки целесообразно использовать глубин)' модуляции УЗ-сигнала не менее 60 %.

Таким образом, с целью создания регулярного микрорельефа на поверхностях стальных заготовок алмазным выглаживанием целесообразно использовать ультразвуковую технику с наложением амплитудно-модулиро-ванных УЗК на инструмент. Серийное производство устройств для наложения УЗК на алмазный выглаживатель и УЗ-генераторов освоено УлГТУ в кооперации с предприятиями г. Ульяновска.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Применение ультразвука при алмазном выглаживании / Марков А.И., Чураев А.М., Гасилин В.Н. и др. // Вестник машиностроения. 1973. № 9. С. 57-61.

2. Патент RU 2170654;С1 7В24В 39/00. Способ упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием / Е.С. Киселев, А.Н. У нянин, A.B. Маттис (Россия). № 99124077/02, заявл. 16.11.1999. Опубл. 20.07.2001. Бюл. № 20.

3. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. Л.: Машиностроение, 1982. 248 с.

IJ

—+ i ft СМ

\I\co

\\ \ тг

1 \\ i , 1

• • 1 Ж ь-

со

cvr

/

<N

/

CN Iß

<--

Î

уо

Î

< C3

00

Ю

i Й g й 3-

So" о

» w ©

Г ! «Ч.

\ V ■ 1 /

к- • • -—♦'■> V- го '

\ \ 1 \ • — . . шт-т «

г • ■■ л* \ ™ \ \ \ СО /

т— » \ \ \ 1 1_

со

CN

~г4—^ • 1 г- —\-в ■

со

л\ /

/ /

СМ 1 1 I \ - 4-1- -О , ж /

• ■ i - m i \ i V \ \ i

СО

ю

00

СМ

--1—

СО

5 А

\

сс

см

ю

CN

Ш

ю со ю

CNJ 0* п г^-

СО см

о о

g g О

s ?

4. Марков А.И. Ультразвуковое резание труднообрабатываемых материалов. М.: Машиностроение, 1968..366 с.

«

Киселев Евгений Степанович, доктор технических паук, профессор кафедры «Технология машиностроения» УлГТУ, окончил Ульяновский политехнический институт. Имеет монографии и статьи в области ресурсосбе-регающих технологий механической обработки заготовок из различных материалов.

Подопригоров Дмитрий Евгеньевич, магистрант той же кафедры.

Кирнасов Тарас Геннадьевич, магистрант той же кафедры.

УДК 621.9.048.4 Д. В. КРАВЧЕНКО

К ВОПРОСУ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВПАДИН МЕЖДУ ЗУБЬЯМИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЭВОЛЪВЕНТНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ВНЕШНЕГО ЗАЦЕПЛЕНИЯ ПРИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОМ ВЫРЕЗАНИИ НА СТАНКАХ С ЧПУ

Предложена для практического применения новая методика расчёта координат опорных точек траектории перемещеныя проволочного электрода-инструмента при электроэрозионном формообразовании поверхностей впадин между зубьями. Установлено необходимое для обеспечения заданной точности формы поверхности впадины число формообразующих точек её торцового профиля. Получена зависимость для определения значения максимально допустимого, исходя из геометрии зубчатого колеса, диаметра проволочного электрода-инструмента для электроэрозионного зубовырезания.

Одной из поверхностей, образующих венец (ЗВ) зубчатого колеса (ЗК), является поверхность впадины между зубьями. От её геометрии (точности формы) зависят прочность зуба ЗК и его работоспособность в целом.

Предложенная в работе [1] методика расчёта координат опорных точек траектории перемещения проволочного электрода-инструмента (ЭИ) при электроэрозионном формообразовании поверхностей впадин между зубьями ЗК имеет следующие недостатки:

1) выпуклость поверхностей впадин и обеспечение условия совпадения радиуса /у окружности впадин между зубьями с радиусом гь основной окружности ЗК (как частный случай) приводят при электроэрозионном зубовыреза-

нии (ЭЭЗ) к существенному укорочению зуба и исключают возможность ра-

• •