CC BY
30
VI. Выводы и заключение
- Жесткость несущей системы механизма в значительной степени зависит от геометрических параметров, от положения исполнительного органа в рабочем пространстве, чем она дальше от оси симметрии, тем ниже жесткость. Изменение величины податливости может достигать 10 раз. Наибольшая жесткость системы проявляется в вертикальном направлении.
- На размеры рабочей зоны существенное влияние оказывают ограничения, накладываемые угловыми перемещениями в шарнирах, а также пределы изменения длин опор. Чем меньше возможности регулирования длины опор, тем меньше габаритные размеры рабочей зоны.
- Выявленные собственные частоты дают возможность определить целесообразность применения данного механизма в конкретных эксплуатационных условиях, а также оценить возможность его работы под теми или иными нагрузками с учетом явлений резонанса. Так, собственная частота 69,7 Гц накладывает ограничения на скорость вращения предполагаемого шпинделя, установленного на данной структуре, в размере 4000 об/мин.
- В различных положениях подвижной платформы он имеет наибольшую виброустойчивость и наименьшую погрешность от вибросмещений вдоль оси Z, чем от крутильных колебаний, а также колебаний по осям X и Y.
Список литературы
1. Merlet J. P. Parallel robots. Kluwer Academic Publishers. 2000. P. 394.
2. Gough V. E. Contribution to discussion of papers on research in Automobile Stability, Control and Tyre performance // Proc. Auto Div. Inst. Mech. Eng. 1956. P. 392-394.
3. Stewart D. A platform with six degrees of freedom // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. London. 1965. Vol. 180, no 15. P. 371-385.
4. Сайт компании «Лапик». URL : http: www//lapic.ru/ (дата обращения : 02.08.2017).
5. Гаврилов В. А., Кольцов А. Г., Шамутдинов А. Х. Классификация механизмов для технологических машин с параллельной кинематикой // СТИН. 2005. № 9. С. 28-31.
6. Астанин В. О., Сергиенко В. М. Исследование металлорежущего станка нетрадиционной компоновки // Станки и инструмент. 1993. № 3. С. 5-8.
7. Шамутдинов А. Х. Исследование классификации многоповодковых механизмов параллельной кинематики // Омский научный вестник. 2011. № 2 (100). С. 85-90.
8. Шамутдинов А. Х., Кольцов А. Г. Определение оптимального параметра жесткости структур многоповодковых механизмов параллельной кинематики. Омский научный вестник. 2012. № 3. С. 184-186.
9. Zhuang H. Self-calibration of parallel mechanisms with a case study on Stewart platform // IEEE Trans. on Robotics and Automation, June 1997. Vol. 13, no 3. Р. 387-397,
10. Вайнштейн И. В., Серков Н. А., Сироткин Р. О., Мерзляков А. А. Экспериментальные исследования жесткости пятикоординатного станка с параллельной кинематикой // СТИН. 2009. № 1. С. 6-11.
11. Смирнов В. А., Петрова Л. Н. Динамическая модель механизма с параллельной кинематикой // Вестник ЮурГУ. № 11. 2009. С. 50-56.
12. Кольцов А. Г., Шамутдинов А. Х. Экспериментальные исследования механизма параллельной кинематики с новой структурой // Омский научный вестник. 2012. № 1. С. 96-101.
13. Кольцов А. Г., Шамутдинов А. Х. Исследования динамики механизма параллельной кинематики с новой структурой // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. 2012. T. 16, № 4 (49). С. 128-137.
14. Koltsov A. G., Blokhin D. A., Khabarov A. V. and Redorovich D. A. The influence of kinematic characteristics of Stewart platform for precision moving measuring mechanism // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). 2014. Р. 1-6. DOI: 10.1109/Dynamics.2014.7005669.
УДК 621.9.047/.048:621.833
ИЗГОТОВЛЕНИЕ МЕЛКОМОДУЛЬНЫХ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОБРАБОТКИ
А. В. Линовский
Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия
DOI: 10.25206/2310-9793-2017-5-1-102-106
Аннотация — В работе описано исследование поверхностного слоя мелкомодульных зубчатых колес, изготовленных с применением электрофизических и электрохимических методов обработки, что является актуальным вопросом в современном машиностроении, авиа- и ракетостроении в связи с применением современных труднообрабатываемых механически материалов, обработка которых традиционными способами невозможна или не выгодна экономически. Целью данного исследования является получение данных, необходимых для подбора режимов электрохимической обработки. Задачей исследования явля-
ется изучение поверхностного слоя мелкомодульных зубчатых колес, обработанных электроэрозионным способом, методами растровой электронной микроскопии и рентгеновской дифрактометрии. Полученные результаты позволяют сделать вывод о требуемом составе электролита для последующей электрохимической обработки и показывают направление дальнейших исследований.
Ключевые слова: электроэрозионная обработка, электрохимическая обработка, зубчатые колеса.
I. Введение
Мелкомодульные зубчатые колеса являются распространенными деталями, используемыми в передачах в различных отраслях. В частности, мелкомодульные зубчатые колеса применяют в полиграфии, авиа- и ракетостроении, а также общем машиностроении. Разработанный способ изготовления мелкомодульных зубчатых колес, с применением электрофизических и электрохимических методов обработки [1]. В частности, изготовление профиля зубчатого колеса путем электроэрозионной обработки с последующей финишной электрохимической обработкой, позволяет изготавливать зубчатые колеса из твердых, вязких и других труднообрабатываемых механически материалов. Что, в свою очередь, позволяет использовать ранее не применявшиеся для изготовления зубчатых колес материалы или повысить производительность и снизить себестоимость обработки уже применяемых материалов с высокими механическими характеристиками.
II. Постановка задачи
Для применения разработанного способа для изготовления мелкомодульных зубчатых колес в ответственных передачах необходимо тщательное изучение поверхностного слоя зубчатых колес, его свойств и влияния на эксплуатационные характеристики изделий. Необходимо определить состав поверхностного слоя зубчатых колес после электроэрозионной обработки для подбора электролита для последующей электрохимической обработки, что в дальнейшем позволит разработать методику подбора электролита для электрохимического полирования изготовленных зубчатых колес. Задачей данной работы ставится исследование поверхностного слоя образцов мелкомодульных зубчатых колес, изготовленных электроэрозионной обработкой.
III. Теория
В ходе электроэрозионной обработки происходит диффузия материала электрода инструмента и диэлектрической жидкости в материал детали, а также фазовые и структурные превращения в поверхностном слое [2-3]. В результате чего поверхностный слой представляет собой слой, отличный по химическому и фазовому составу от основного материала детали. В связи с этим необходимо исследование поверхности зубчатых колес после электроэрозионной обработки и выявление состава, который необходимо знать для правильного подбора электролита и режимов обработки для последующего электрохимического полирования. Вышесказанное обусловливает необходимость проведения дальнейших исследований поверхностного дефектного слоя, направленных на выявление его химического и фазового состава, а также толщины.
В ходе изучения методов исследования состава поверхности образцов [4] принято решение использовать один из методов рентгеноструктурного анализа - рентгеновскую дифрактометрию. Исследование изготовленных образов на дифрактометре позволит определить состав поверхностного слоя, что в дальнейшем позволит определить необходимый состав электролита.
IV. Результаты экспериментов
В работе была изучена поверхность зуба, изготовленного на электроэрозионном станке Sodick VZ300L мелкомодульного зубчатого колеса на растровом электронном микроскопе Jeol JCM-5700. Изготовленное зубчатое колесо было разрезано, и из него был изготовлен микрошлиф по стандартной технологии с заливкой в акриловый компаунд, шлифованием и полированием. На рис. 1 показан снимок поверхности мелкомодульного зубчатого колеса, полученный при ускоряющем напряжении 20 кВ и увеличении 1000 крат.
Рис. 1. Снимок поверхности зубчатого колеса при увеличении 1000 крат
На рис. 1 чётко виден дефектный поверхностный слой, который может оказывать негативное влияние на эксплуатационные характеристики изготавливаемых зубчатых колес. Толщина этого слоя зависит от режима обработки и свойств обрабатываемого материала. Этот слой необходимо удалять в ходе последующей электрохимической обработки.
Для проведения исследования методом рентгеновской дифрактометрии изготовлены образцы в виде плоских пластин из стали 35 ГОСТ 1050-88 на электроэрозионном станке Sodick VZ300L в 1, 2, 3 и 4 прохода. В ходе обработки использовались рекомендованные системой ЧПУ станка режимы для обработки стали. Величины среднего тока и напряжения при обработке приведены в табл. 1.
ТАБЛИЦА 1 РЕЖИМЫ ОБРАБОТКИ
Проход Средний ток, В Среднее напряжение, А
1 43 12.3
2 70 1.1
3 59 0.8
4 15 0.5
Выполнено исследование изготовленных образцов мелкомодульных зубчатых колес, изготовленных электроэрозионной обработкой в 1, 2, 3 и 4 прохода методом рентгеновской дифрактометрии на дифрактометре Shimadzu XRD-7000. Получены рентгенограммы поверхности образцов, углы 0 от 3° до 10°. На рис. 2 представлены используемые режимы и полученные данные по образцу 1 (обработка в 1 проход) при угле 0 = 3°.
ThinFilm
15_0 2_2 017_СТ 3 5_1рг_3 -10
4 Strongest 3 peaks и.о. peak 2Theta no. (deg)
1 3 44.4010
2 2 42.6875
3 4 49.7233
f Peak Data bist
(A)
2.03865 2.11643 1.83218
FWHM {deg} 0.78720 1.08840 1.06000
peak 2Theta d I/Il FROM
по. (deg) <A> (deg)
1 36. .1166 2 .48496 9 0.75330
2 42. .6875 2 .11643 64 1.08840
3 44. .4010 2 .03865 100 0.78720
4 49. .7233 1 .83218 21 1.06000
5 50, .8400 1 .79452 3 0.46660
6 60. .8500 1 .52110 5 0.69000
7 64. .7625 1 .43833 6 1-12500
3 73. .0250 1 .29463 7 1.35000
9 SI. .9666 1 .17453 12 1.17330
10 88. .4500 1 .10441 5 1.58000
11 98. .3500 1 .01796 3 1.34000
12 115. .7600 0 .90951 4 0.70000
13 116. .6483 0 .90514 4 0.48330
Intensity Integrated Int
(Counts) {Counts)
962 41578
611 37007
201 10767
Intensity Integrated Int
# Data Xnfomation Data
Sample Hmae
Date i
f Measurement Conditio X—ray tube
target
611
962 201
{Counts} 4029 37007 41578 10767 1210 2207 3976 5733 8205 5272 2983 2297 1126
Silts
Auto Slit divergence slit scatter slit receiving slit Scanning
drive axis scan range scan mode scan speed sampling pitch preset time
f Data Process Condition Smoothing
smoothing points B.G. Subtraction
sampling points repeat times Kal-a2 Separate
Kal a2 ratio Peak Search
differential points FWHM threhold intensity threhold FWHM ratio (n-l)/n System error Correction Precise peak Correction
ThinFilm
15 02 2017_CT 35_lpr_3-10 Theta = 3.0000 CT3 5_lprohod_3-10 02-15-17 13:32:07
40.0 (kV) 30.0 (aA)
not Used
0.50000 (deg) 0.00000 (deg)
0.00000 (mm)
2Theta (Theta=3,0000 deg)
10.0000 - 130.0000 (deg) Continuous Scan
2.0000 (deg/mln) 0.0200 (deg) 0.60 {sec)
[ MAIJUAL ] : 50 {%) [ AUTO ] : 41
: 0.050 (deg) : 30 (par mil)
[ YES ] [ HO ]
Далее полученные данные были обработаны, рентгенограммы наложены на одно изображение. На рис. 3 представлена рентгенограмма поверхности образца под номером 1 при угле 0 от 3° до 10°.
Muí ti Plot
Pile llame Sample 11am« Date t Tine Condition Х-гау Tube Scan Range Count Time
IhinFilm\15_0£_2017_CT35_lpr_3-10
Tue i.* = 3 000) Conraent : CT35_lprohod_3-10
02-15-11 13:32:07
Cud-HOGO A) Voltage : 30.0 kv Current 10-0000 <-> 130.0000 deg(Theta=3.0000 deg] 0-60 sec Slit liS : 0-5C deg S3 :----
: 30 . О ША
Step Size : 0.0200 deg
[OfOM) TtwFJm.BKB 1: 02 201 с ' > .rfllj
1&01Л5 ThnFim. DfttB 15 G? 2017 CT35 l(X_>10|Thia'JODOO
[Gra* TWFitrr. Dam » CCl2017 СП5 Tv >Ю)Т1чв-5000C
ThnRI-л Date 15_Q?_20T7_CT2b_l[x_3-lD| Theta - S ÜG00
[Sfoui flwFípi Сжв 15_Û?_2Î47_CTî5_ lpf_3-10| ïtHS - 7 0300
[&«<*> ThjnFiï. dmb is стз5 ir» з-ю|т*и = soooo
[&СЧП THnFím D«I IS_Q?_20l7_CTH_1pr_M D] Thrta - 9 СИЮ ■{jov TfcnFèn Dsa 15_Q2_20!7_CT35_1|*_3-1Q Tt-eta = 10 0000
¿Tbfitóideg)
ThinFilmU5 02 2017 CT35 lpr 3- 10 Thêta - 3 0000 Cont Scar 2 000 dcg/min 0 60 SBC 0 020 deg 02 -15- 17 13 32
ThínFilmS15 02 2017 CT35 lpr 3- 10 Theta » 4 0000 Cont Scar 2 000 deg/mín 0 60 sec 0 020 deg 02 -15- 17 14 32
rhinFilsnMS 02 2017 CT35 lpr 3- 10 Theta = S 0000 cont Scan 2 000 deg/min 0 60 sec 0 020 deg 02 -15- 17 15 33
TMnFilmUS 02 2017 CT35 lpr 3- 10 Theta * 6 oooo Cont Scan 2 ООО deg/min 0 60 sec 0 020 deg 02 -15- 17 16 33
ThinFiljnU5 02 2017 CT35 lpr 3- 10 Theta - 7 oooo Cont Scan 2 ООО deg/min 0 60 5 ВС 0 020 deg 02 -15- 17 17 33
02 2017 CT35 lor 3- Í0 iheta = J 0000 _Cont Scan 2 000 dea/min 0 60 sec л 020 de o 02 -15- 17 18 34
Рис. 3. Рентгенограммы образца 1, 0 = 3°-10°
V. Обсуждение результатов
На рентгенограммах обнаружены пики, показывающие наличие различных фаз. Несколько выраженных пиков показывают наличие ряд фаз, среди которых a-Fe, Fe3C, аморфная фаза. Также различные соединения с цинком и медью из электрод-инструмента, возможно наличие оксидов и фаз, образованных с кремнием, марганцем, никелем, серой, фосфором, хромом и мышьяком, которые, согласно ГОСТ 1050-88, могут содержаться в стали 35. Для их точной идентификации требуется дальнейшая расшифровка полученных результатов. Это необходимо для того, чтобы, зная фазовый состав поверхности образцов, подобрать электролит для последующей электрохимической обработки. Это необходимо, так как, кроме ожидаемых a-Fe, Fe3C, в поверхности обнаружены и другие фазы, предсказать появление которых затруднительно и сам механизм их формирования при электроэрозионной обработке достаточно сложен и зависит от множества факторов. А так как некоторые из этих фаз могут не обрабатываться или обрабатываться слабо используемыми для обработки стали 35 электролитами, то в итоге может быть получено неравномерное травление и, как следствие, низкое качество поверхности.
VI. Выводы и заключение
Представленные результаты исследования вносят существенный вклад в теоретические аспекты и возможность практического применения способа изготовления мелкомодульных зубчатых колес с применением электрофизических и электрохимических методов обработки. Показывают необходимость удаления поверхностного слоя после электроэрозионной обработки, а также показывают направление дальнейшего исследования, направленного на расшифровку результатов рентгеновской дифрактометрии поверхности образцов.
Источник финансирования. Благодарности
Работа выполнена при финансовой поддержке конкурса «Молодой ученый» ОмГТУ, № НИР 17075В.
Список литературы
1. Линовский А. В., Федоров А. А., Моргунов А. П., Разработка способа изготовления мелкомодульных зубчатых колес // Динамика систем, механизмов и машин. 2014. № 2. С. 311-313.
2. Плошкин В. В. Структурные и фазовые превращения в поверхностных слоях сталей при электроэрозионной обработке: дис. ... д-ра. техн. наук. М., 2006. 281 с.
3. Артамонов Б. А., Волков Ю. С., Дрожжалова В. И. [и др.]. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов: учеб. пособие (в 2-х томах) / под ред. Смоленцева В. П. М. : Высшая школа, 1983.
4. Золотарев В. М., Никоноров Н. В., Игнатьев А. И. Современные методы исследования оптических материалов. Часть 1.: учеб. пособие, курс лекций. СПб: НИУ ИТМО, 2013. 266 с.
