CC BY
108
УДК 631.3
ФОРМИРОВАНИЕ свойств ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ОБЪЕМНОМ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОМ ДОРНОВАНИИ ВТУЛОК ИЗ БРОНЗЫ БРОЦС 5-5-5
Морозов Александр Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Материаловедение и технология машиностроения»
Байгулов Андрей Валерьевич, аспирант кафедры «Материаловедение и технология машиностроения»
ФГБОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия»
432063, г. Ульяновск, бульвар Новый Венец, 1.
e-mail: [email protected]
Ключевые слова: бронза, втулки, микрорентгеноспектральный анализ, шероховатость.
Представлены результаты экспериментальных исследований влияния объемного электромеханического дорнования (ОЭМД) на качество рабочей поверхности втулок из бронзы БрОЦС 5-5-5. С помощью микрорентгеноспектрального анализа и анализа микрогеометрии обработанных поверхностей втулок доказано, что объемное электромеханическое дорнование бронзовых втулок благоприятно влияет на формирование элементного состава обработанной поверхности, создаёт необходимый микрорельеф.
Результаты многочисленных исследований и опыт эксплуатации машин подтверждают, что основными факторами, определяющими долговечность машин, являются не только механические свойства материала, из которого изготовлена деталь, но и качество поверхностного слоя.
Большое влияние качества поверхностного слоя на эксплуатационные свойства детали объясняется в основном, тем, что износ детали происходит по поверхностным слоям, качество которых и определяет ее износостойкость в целом. Качество поверхностного слоя имеет определенные геометрические и физические параметры. К геометрическим параметрам относят: макрогеометрию, т.е. точность обработки и геометрическую форму, микрошероховатость и направление штрихов обработки. К физическим параметрам относят: микроструктуру, распределение микротвердости и остаточные напряжения.
Поверхность деталей после окончательной обработки имеет вполне определенные геометрические характеристики
- микрорельеф и волнистость. В процессе механической обработки в зависимости от её вида и режима можно получить различную шероховатость поверхности. При
наличии макрогеометрических отклонений поверхностей трения по самым различным причинам (из-за уменьшения толщины масляной пленки, снижения скорости вращения, увеличения нагрузки и пр.) они начнут соприкасаться, прежде всего своими микроскопическими выступами - шероховатостями. От площади контакта деталей и несущей способности поверхности будет зависеть их износ.
Существует две точки зрения на величину шероховатости в связи с износом поверхностного слоя:
1) меньше изнашиваются поверхности с наибольшей чистотой;
2) наиболее выгодна регламентированная шероховатость.
согласно первой точке зрения, при идеально гладкой поверхности не будет перегрузок, заеданий, износа. При высокой чистоте поверхности износ понижается только в случаях трения с обильной смазкой при небольшой удельной нагрузке на сопрягаемые поверхности. Гладкие поверхности из-за ухудшения смачиваемости вследствие плохого удержания на них масляной пленки, а также при увеличении нагрузок настолько сближаются, что вследствие возрастания силы их межатомных связей адге-
зия увеличивается и износ возрастает. Следовательно, поверхность с минимальными неровностями не во всех случаях является оптимальной.
Согласно второй точке зрения, существует оптимальная шероховатость поверхности, зависящая от материала трущейся пары и режима её работы. Она устанавливается сама на трущихся деталях в процессе приработки. Следовательно, оптимальные значения шероховатости, соответствующие эксплуатационным, являются важнейшими показателями полной и высококачественной приработки поверхностей трения деталей и характеризуют их подготовленность к восприятию эксплуатационных нагрузок.
Также на скорость и качество приработки трущихся поверхностей влияет коэффициент трения, который зависит от антифрикционных свойств материалов, в том числе количественного химического состава элементов на поверхности.
в настоящей статье представлены результаты экспериментальных исследований влияния объемного электромеханического дорнования (ОЭМД) на качество рабочей поверхности втулок из бронзы БрОЦС 5-5-5. Выбор материала обусловлен тем, что исследуемую марку бронзы широко используют при изготовлении подшипников скольжения.
ОЭМД осуществляли по схеме растяжения на вер-тикально-фрезер-ном станке со скоростью обработки 200 мм/мин при силе тока 4000...5000 А [2], в зависимости от рекомендуемой плотности тока для отделочно-упроч-няющего режима [1]. Образцы (втулки) устанавливали в разборную обойму с переходной посадкой и обрабатывали дорном из твердого
сплава Т15К6 с углом заборного конуса 20°.
С целью идентификации прогнозируемого результата поверхность необработанной втулки сравнивали с поверхностью втулок, обработанных ОЭМД.
Электронно-микроскопические изображения были получены с помощью сканирующего электронного микроскопа XL30 ESEM-TMP фирмы FEI/Philips Electron Optics. Микрорентгеноспектральный анализ проводили с помощью спектрометра волновой дисперсии (INCA Wave 700) фирмы Oxford Instruments, установленного на указанном выше электронном микроскопе.
Исследования проводили при ускоряющем электроны напряжении 30 кВ. При таких условиях глубина проникновения электронов в бронзу составляет ~3 мкм. Элементы регистрировали по следующим характеристическим рентгеновским линиям: медь - Кр, цинк - Ка свинец и олово - La В качестве эталонов сравнения для количественного микроанализа (определения массовой доли элементов в точке) использовали соответственно для: Cu - чистая медь, Zn
- чистый цинк, Sn - чистое олово, Pb - PbS с содержанием свинца 88 %. Сила тока зонда не превышала 60 мкА. Результаты всех количественных измерений корректировали и усредняли по нескольким точкам измерения.
Рис.1. Содержание элементов в анализируемом образце в исходном состоянии (до обработки)
1 ' -¡гг 1 ■•Д.нтЯН?. 1 _Де | ШППЫ СКЭНГф ОВЭДП1Я
800 МК1.1
250
200 -
и
о
X
ш
о
X
ф
150
100 -
50 -
0
Рис.2. Карта распределения свинца и интенсивность сигнала отраженных электронов поверхностью втулки, обработанной ОЭМД при силе тока 4000 А и натяге 0,1 мм
На поверхности отшлифованного и отполированного образца, подготовленного из необработанной втулки, были получены электронно-микроскопическое изображение и карты распределения Си, РЬ, Zn, Sn. Из анализа результатов эксперимента следует, что медь и цинк распределены равномерно, а свинец и олово распределены в виде мелких вкраплений (скорее всего, эвтекто-идных), но равномерно по всей площади.
Для проведения количественного анализа массовой доли элементов использовали усреднение по площади 75 и 150 мкм, результаты представлены на рисунке 1. Состав содержит меди около 90% , цинка око-
ло 6%, олова около 3% и свинца около 3%.
На поверхности отшлифованного и отполированного образца, подготовленного из обработанной ОЭМД втулки при силе тока 4000 А, были получены электронномикроскопические изображения и карты распределения Си, РЬ, Zn, Sn. На рисунке 2 представлена карта распределения свинца, где более светлый цвет соответствует большей массовой доле этого химического элемента.
В электронно-микроскопическом изображении в отраженных электронах видны области элементов с большим атомным номером (более светлые - предположительно
Рис. 3. Содержание элементов на поверхности образца, обработанного ОЭМД при силе тока 4000 А и натяге 0,1 мм
свинцово-содержащие области). Эти области наблюдаются как в продольном, так и поперечном направлении втулки, а также в виде отдельных включений.
На картах распределений элементов отчетливо видно сосредоточение свинца в продольных и поперечных полосах шириной 15.60 мкм (рисунок 2). Результаты представлены в виде диаграмм (рисунок
3). Количественные данные по содержанию элементов были получены между полосами свинца и непосредственно на них.
таким образом, свинец практически до 100% собирается в локальные полосы на поверхности бронзовой втулки, подвергнутой обработке. А материал основы содержит меди около 90% , цинка - около 6%, а олова - 3%.
На внутренней поверхности образца, подготовленного из обработанной втулки при силе тока 5000 А, были также получены электронно-микроскопические изображения и карты распределения Си,
РЬ, Zn, Sn. Количественные данные по содержанию элементов были получены между полосами свинца и непосредственно на них, результаты представлены в виде диаграмм (рисунок 4).
С увеличением силы тока и, как следствие, увеличением температуры в зоне контакта инструмента с деталью, наблюдается уменьшение количества свинца в основе, увеличение его количества в усредненной основе и отдельных полосах. Основа усредненная, указанная на рисунке 4, это площадь между полосами свинца.
Из рисунка 1 видно, что свинец локализуется в ямках и полосах, которые остались после чистового точения. При этом неровности втулки заполнены свинцом более полно и равномерно при токе 5000 А, чем при 4000 А.
Микрогеометрию обработанных образцов исследовали на профилометре модели 130. Принцип работы профилометра основан на ощупывании алмазной иглою неровностей измеряемой поверхности в процессе её перемещения вдоль измеряемой поверхности с последующим преобразованием возникающих при этом механических колебаний иглы индуктивным датчиком в измеряемый сигнал. При правильной
Массоваядоля элементов, %
Рис. 4. Содержание элементов на поверхности образца, обработанного ОЭМД при силе тока 5000 А и натяге 0,2 мм
Рис. 5. Профилограммы поверхностей образцов (х750): а) после чистового точения; б) после раскатки; в) после эксплуатационной приработки; г) после обработки ОЭМД с натягом 0,1 мм; д) после обработки ОЭМД с натягом 0,2 мм
настройке его чувствительность составляет 2...3 атома.
Анализируя полученные профилограммы (рисунок 5), следует отметить значительное снижение величины шероховатости обработанной ОЭМД поверхности втулки в сравнении с другими видами обработки. Причем, исследовав десять обработанных при силе тока от 4000 до 5000 А образцов, не было выявлено явной закономерности снижения шероховатости при увеличении силы тока. Все значения Ra располагались в диапазоне 0,2...0,6 мкм. Но такая закономерность усматривается при изменении натяга. С увеличением натяга с 0,1 мм до 0,2 мм шероховатость снижается по параметру Ra от 0,611 мкм до 0,213 мкм, что связано с большим контактным давлением инструмента на обрабатываемую поверхность втулки.
Из представленных выше результатов исследований следует, что объемное электромеханическое дорнование втулок из бронзы БрОЦС 5-5-5 благоприятно влияет на формирование элементного состава на обработанной поверхности. Причем с увеличением силы тока с 4000 А до 5000 А выявлено повышение содержания свинца на поверхности до 5%. По полученным ранее данным [3] можно судить, что повышенное содержание свинца на поверхности позволяет снизить коэффициент трения.
Также ОЭМД позволяет получить необходимый микрорельеф (приближенный к микрогеометрии поверхности, сформировавшейся в процессе эксплуатации), в зависимости от условий работы сопряжений и снизить характеристики шероховатости в 3 раза при изменении натяга обработки на
0,1 мм (с 0,1 до 0,2 мм на диаметр обраба-
тываемого отверстия).
Библиографический список
1. Багмутов В.П., Паршев С.Н., Дудки-на Н.Г., Захаров И.Н. Электромеханическая обработка: технологические и физические основы, свойства, реализация. - Новосибирск: Наука, 2003. - 318с.
2. Патент РФ № 2305028. Способ сборки деталей с натягом. - Б.И. № 24, Опубл. 27.08.07.
3. Балихин В.В. Исследование процессов электромеханического упрочнения подшипниковых сплавов при ремонте машин лесной промышленности. - Дисс. на со-иск. учен. степени к.т.н. - Ленинград.: 1967.
- 222.
УДК 001.76:637.125
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДОИЛЬНОГО АППАРАТА С ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ ЦЕНТРОМ МАСС
Ульянов Вячеслав Михайлович, профессор, доктор технических наук, заведующий кафедрой «Механизация животноводства» e-mail: [email protected]
Хрипин Владимир Александрович, кандидат технических наук, соискатель кафедры «Механизация животноводства»
Мяснянкина Марина Николаевна, старший преподаватель кафедры «Автомобильные дороги и гидравлика»
ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет им. П.А. Костычева»
г. Рязань, ул. Костычева, д. 1, тел. (910) 616-25-67
Ключевые слова: доильный аппарат, подвесная часть, наползание, многофакторный эксперимент, сравнительные исследования
Предложен доильный аппарат, перераспределяющий оттягивающее усилие на сосках вымени коровы в зависимости от такта работы аппарата. В соответствии с этим исключается как наползание на вымя, так и спадание с вымени подвесной части доильного аппарата, обеспечивается щадящее обращение с выменем и улучшается здоровье животного. По результатам проведения многофакторного эксперимента получено уравнение регрессии, которое позволяет определять конструктивно-режимные параметры доильного аппарата. Приведены результаты сравнительных исследований доильных аппаратов.
На кафедре механизации животновод- ня, выполненные по профилю внутреннего
ства Рязанского ГАТУ им. профессора П.А. пространства и занимающие не более чет-
Костычева разработан доильный аппарат верти его объема каждый, с возможностью
с изменяющимся центром масс. Доильный возвратно-поступательного движения за
аппарат состоит из двухкамерных стаканов, счет перепада давления. Крайнее положе-
соединенных с оригинальным коллектором, ние поршней в корпусе находится под до-
пульсатора попарного доения, молочного и ильными стаканами, расположенными на
вакуумных шлангов [1, 2]. сосках вымени животного в рабочем поло-
Коллектор содержит молокосборную жении. Перемещением поршней управляет
камеру, вокруг которой установлен полый пульсатор доильного аппарата. Поршни вы-
торообразный корпус с прямоугольным ра- полнены из материала с высокой плотно-
диальным поперечным сечением. В полом стью.
корпусе коллектора размещены два порш- вследствие перемещения поршней
