МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОНТУРНОЙ ПОДАЧЕЙ ПРИ ТОНКОМ ГЛУБИННОМ АБРАЗИВНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ШЛИФОВАНИИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ

Математическая модель системы автоматического уоравления контурной подачей при тонком глубинном абразивном электрохимическом шлифовании

А. П. МИНЯЙЛО, доцент, канд. техн. наук, П. С. ШИЛКИН: аспирант, НГТУ, Г. П. КЕРША, доцент, канд. техн. наук, Н. В. ПРОКОФЬЕВ. аспирант, НГТУ,

г. Новосибирск

стоянную по величине . Другой же участок зависимости (de) характеризует процесс резания слоя, не имеющего нарушение сплошности по всей его толщине. С увеличением скорости подачи на этом участке гроисходит резкое нарастание силы резания. Между участками (ас) и (de) расположен переходной участок от тонкого АЭХШ к абразивно-механи-ческому съему непредразрушенного слоя металла (cd). На этом участке происходит плавное увеличение коэффициента пропорциональности между силой резания и скоростью подачи. Этот участок выбран нами в качестве критического. Для предупреждения перехода через этот участок в систему управления процессом введены специальные элементы. Управление процессом резания производится с поддержанием усилия резания перед критическим участком (отрезок характеристики Ьс).

На основании имеющихся данных о тонком АЭХШ [1] построена система автоматического управления (САУ) контурной подачей инструмента при внутреннем тонком глубинном АЭХШ. Математическая модель процесса .положенная в основу построения САУ , базируется на требованиях к параметрам устройства подачи (диапазон регулирования скорости , точность поддержания заданного ее значения и др.) и физическим свойствам технологического процесса тонкого глубинного АЭХШ. Для определения коэффициентов и соотношений математической модели использованы схема рис.1, а также функциональная схема

Рис.2

аЬ - рабочий участок характеристики, Ьс (\/к) - точность поддержания контурной подачи, cd - критический переходной участок, de - участок, характеризующий процесс резания слся, не имеющего нарушения сплошности по всей его толщине, ОР - заданная точность поддержания силы резания.

Рис. 1.

Тонкое глубинное АЭХШ, обладающее рядом достоинств, характерных для глубинного абразивного шлифования [3,4,5], обладает еще одним достоинством - аномально высокой стойкостью абразивного инструмента. Последнее является характерной особенностью тонкого глубинного АЭХШ, которая нашла свое отражение в построении системы управления технологическим процессом. Эта особенность состоит в том, что при скоростях подачи, соответствующих пологому участку (ас) зависимости Р(\Л<), изображенной на рис.2, происходит резание толькэ предварительно разрушенного слоя металла, причем сила резания имеет две составляющих: одну - плавно нарастающую с увеличением скорости подачи, а вторую Рост - по-

Известный способ абразивного электрохимического шлифования (АЭХШ) имеет свои несомненные преимущества по сравнению с другими методами обработки твердосплавных и других труднообрабатываемых материалов [1,2]. Было высказано предположение, что этот способ может оказаться наиболее приемлемым для обработки внутренних контурных фасонных поверхностей в изделиях из труднообрабатываемых материалов. К таким изделиям относятся различные вырубные матрицы комбайновых, бурэвых и других цепей, а также детали машин, такие, как кулачки ткацкого станка, корпус статора двигателя Ванке-ля и др. На наш взгляд, преимущества абразивноэлектро-химического шлифования могут быть эффективно использованы при обработке внутренних контурных поверхностей в изделиях из труднообрабатываемых материалов с использованием тонкого глубинного АЭХШ. Упрощенная схема устройства, реализуюшего тонкое глубинное АЭХШ представлена на рис.1.

Шлифовальный круг

28 № 1 (18) 2003

ТЕХНОЛОГИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Ям

иг

Уравнение источника технологического тока имеет вид:

ит =1ТЯ1 +1

где: 1/т - напряжение на выходе источника технологического тока, /т - технологический ток, эквивалентные сопротивление и индуктивность цепи технологического тока.

Уравнение цепи якоря двигателя постоянного тока:

я.

Рис.3. Функциональная схема устройства контурной псдачи по одной координате: 1 - Узел задания скорости подачи. 2 - Узел сравнения, 3 - Усилитель сигнала, 4 - Усилитель мощности, 5 - Двигатель подачи, 6 - Деталь, 7 - Шлифовальный круг, 8 - Источник технологического тока, 9 - Двигатель привода инструмента, 10 - Источник питания привода инструмента, 11 - Датчик тока

ия = ья

1Я

Ж

+ Кя1я+СЕсо

подачи по одной координате рис.3 и на их базе построена структурная схема САУ тонким глубинным АЭХШ рис.4.

Уравнение, определяющее динамику системы управления тонким глубинным АЭХШ, можно представить в следующем виде:

р м (О = крм ■ [ам (О] ,

где: сгм(() - функция Хевисайда, определяющая нелинейность зависимости усилия абразивно-механического резания от скорости подачи рис.5. Зависимость усилия резания от скорости подачи в режиме абразивно-элект-рохимического шлифования:

где Рэхш - составляющая усилия резания только б режиме АЭХШ,

ка - коэффициент пропорциональности между усилием

Рэхш и скоростью подачи,

-к.

к = к -р *Б,

где: 1Т - технологический ток (0 < /т < <*>), / - базовый технологический ток,

ост

т — /> »

- постоянная

составляющая гэхш.

где: ия - напряжение, приложенное к якорю, Ья,Яя - индуктивность и сопротивление цепи якоря, Iя - ток якоря, СЕ - кон-с-руктивная постоянная двигателя постоянного тока по э.д.с., О) - скорость вращения двигателя.

Уравнение движения привода постоянного тока: где J- момент инерции привода,

МдВ - момент двигателя постоянного тока, Мс - момент сопротивления на валу.

Уравнение блока выделения производной силы по скорости подачи выглядит таким образом:

¿Р2 _ ¿Р7 & ¿V ~ ¿V;йг '

где Р - сила резания, у - скорость кснтурной подачи. На основании приведенных уравнений разработана структурная схема тонкого глубинного АЭХШ, показанная на рис.4. По этой схеме легко прослеживаются характерные воздействия на технологический процесс. По каналу ивх —ивь1Х осуществляется управление усилием подачи, по каналу ивх — Vр происходит формирование сигнала ограничения скорости подачи, по каналу Vт — 1Т происходит сзормирование меняющегося коэффициен-

тах

иос

К»

иУ

Кп кдп КР

РЬэТМГ2+тэр+№пГ+1)

—гио> -

цЕГ

ит г

К*

ТхР+\

У г 1т

¡г

Р

▼ Их М-

р Рм

и

К

дви

См

1:2

№

Кдт

ивих

иных

Г

ивх

Рис.4 Структурная схема системы автоматического управления процессом тонкого глубинного АЭХШ

(Продолжение на 31 стр.)

№ 1 (18) 2003

29

ИНФО

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ДАЙДЖЕСТ ПОПУЛЯ И ОБ ИН

"ИСОТ Инструменты Станки Оборудование Технологии" Зарегистрирован в 1999 году. Выходит с 1999 года. Издатель ООО "Капитал Сайн Трэйд"

Тираж - 5.000 экз., формат А4, периодичность - 6 номеров в год.

Россия, Москва, 107014, ул. Бабаевская, д.1/8, стр.1. "Капитал Сайн Трэйд" Редакция журнала

Тел.: 007-095-268-0736 Факс: 007-095-268-6419 E-mail:

magazine@toolsinfo.ru lsot@capitalsign.ru www.toolsinfo.ru Пейджер: 913-3355 #"ИСОТ"

Журнал "ИСОТ"

- единственный в России и СНГ специализированный дайджест популярной информации о профессиональном, любительском, электрическом и ручном инструменте и людях с инструментом в руках. Освещаются вопросы производства, поставки, сертификации, продажи, сервиса, рационализации и истории инструмента, станков и оборудования.

"ИСОТ" выступает информационным спонсором и экспонентом на десятках специализированных выставок ЭКСПОЦЕНТРА, ВВЦ, КВЦ "СОКОЛЬНИКИ", ВЦ "МИР", РОССТРОЙЭКСПО, в "ОЛИМПИЙСКОМ", на многих региональных выставках, на крупных выставочных форумах в Чикаго, Брно, Кельне, Милане, Франкфурте-на-Майне...

"ИСОТ" - основной печатный орган Комитета по инструменту и оборудованию Московской ассоциации предпринимателей (МАП). В каждом номере есть материалы, направленные на поддержку, развитие, пропаганду малого и среднего бизнеса.

Распространяется в Москве и регионах России, за рубежом, на технических международных выставках по адресной почтовой рассылке и по подписке на год, оформляемой в редакции, по факсу или электронной почте.

Подписку на I полугодие 2003 г. можно оформить по каталогу ОАО "Агенство "Роспечать": индекс 81758 (для РФ), индекс 81759 (для остальных стран).

МОСКОВСКАЯ АССОЦИАЦИЯ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЕЙ

Журнал

РЫНОК

ито

ЖУРНАЛ ДЛЯ СЛУЖБ СНАБЖЕНИЯ И СБЫТА

Газета

ИТО

НОВОСТИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

(Продолжение. Начало на 28 стр.)

та пропорциональности между силой Рэхш и Ук .

Как видно из приведенной структурной схемы, в математической модели присутствует ряд существенно нелинейных элементов: блоки произведения, деления, релейная характеристика, элемент с зонэй нечувствительности и др.

Предварительное моделирование показало возможность возникновения некоторого специфического поведения системы управления на границе критического режима, а также при врезании инструмента в деталь. Проведенные предварительные исследования модели позволят в дальнейшем успешно ее использовать при управлении процессом тонкого глубинного АЭХШ внутренних сложных контурных поверхностей.

Литература

1. Керша Г. П. Тонкое абразивное химическое шлифование

фасонных поверхностей. Труды международной научно-технической конференции "Научные основы высоких технологий том 4.- Новосибирск, 1997.- 6с.

2. Керша Г. П., Прокофьев Н. В., Шилкин П. С. Тонкое абразивное электрохимическое шлифование твердосплавных фасонных инструментов. Обработка металлов. №2(13)/2001.- с.29.

3. Оптимизация технологии глубинного шлифования/С. С. Силин, Б. Н. Леонов, В. А. Хрульков и др.; - М..: Машиностроение, 1989, - 120с.- (Новости технологии).

4. Рыкунов Н С. Теория и практика процессов глубинного шлифования для повышения производительности и качества обработки деталей из жаропрочных сплавов: Автореф. дисс...-докт.техн.наук - Москва, 1989. - 35с.

5. Измайлов М. Р. Исследование технологических параметров профильного алмазно-электролитического глубинного шлифования твердых сплавов: Автореф. дисс...канд.техн.наук. -Москва, 1979. - 15с.

Электронно-лучевые покрытия из карбидосталеб РВМ5+ИС+Ш

А. Г. МЕЛЬНИКОВ, доцент, канд. техн. наук, ТПУ, В. Г. ДУРАКОВ, н.с., канд. техн. наук, С. И. БЕЛЮК, с. н. е., канд. техн. наук,

г. Томск

Введение

Состояние поверхности материала, а именно фазовый и химический состав, играют важную роль в процессе изнашивания при интенсивных механических и тепловых нагрузках. Перспективным направлением для прокатных валков металлургических станов является использование материалов на основе быстрорежущей стали с повышенным содержанием карбидной фазь [1].

Изоестеи способ электронно лучеоой наплавки карби-досталей на основе карбида титана с различными типами связок [2,3]. Данный способ обеспечивает формирование высоксизностойкого покрытия непосредственно на поверхности детали или изделия, что дает ему преимущества по сравнению с методами порошковой металлургии. Дальнейшее улучшение эксплутационных свойств наплавленных карбидосталей возможно путем выбора типа твердой фазы. Известно, что применение карбонитридов титана улучшает эксплуатационные свойства твердых сплавов за счет легирования металлоидной подрешетки карбида титана азотом. Добавка в твердый сплав на основе "ПС нитрида титана значительно повышает теплопроводность, износостойкость, сопротивление термическому удару [4]. Поэтому быга поставлена цель работы - исследование процесса структуро- и фазообразования при электронно-лучевой наплавке порошковых смесей содержащих частицы ТЮ, и ПСЫ в связке из стали Р6М5.

Методика исследований и эксперимента

Порошковые наплавочные смеси готовили путем смешивания порошков карбида титана, нитрида титана и стали Р6М5 дисперсностью 50-350 мкм. Затем порошковые смеси спекались, полученный спек дробился и отсеивагась необходимая фракция. Карбонитрид титана готовился путем длительного спекания порошков карбида титана и нитрида титана при температуре 1400 ОС в защитной атмос-

фере аргона. Наплавка порошковых смесей велась на установке электронно-лучевой наплавки по методике, описанной в [5]. Наплавленный слой на подложке из малоуглеродистой стали формировался за 4-5 проходов, его толщина составляла 2-3 мм. Структура и фазовый состав порошковых композиций, наплавленных покрытий и переходная зона изучены методами рентгенофазового и металлографического анализов. Профиль твердости на поперечном шлифе определялся с помощью прибора ПМТ-3.

Результаты исследований и обсуждение

Таблица

№ Шихтовой состав. Доля твердой фазы

вес. % в покрытии, об. %

1 40 %Т\С + Р6М5 43

2 20%ГПС + 20%™ + Р6М5 49.5

3 40%Т1СЫ + Р6М5 41

4 40%™ + Р6М5 46.8

Шихтовый состав наплавляемых порошковых композиций приведён в таблице.

Микроструктура покрытий представлена на рис.1. Существенного различия в микроструктуре покрытий наплавленными составами с разными частицами твердой фазы не наблюдается. Объёмная доля твердой фазы в шихте соответствует примерно 55 % (по объёму). Пористость покрытий. опредегенная на шлифах металлографическим методом, примеэно одинакова и имеет величину менее 0.5%. При элек-ронно-лучевой наплавке формируется структура с равномерным распределением твердой фазы по объему наплавленного слоя. Вблизи границы раздела покрытия с основой наблюдается некоторое уменьшение количества твердой фазы, обусловленное подплавлением основы при первом проходе электронного луча. Объемная

№ 1 (18)2003 31