CC BY
6
15 25 35 45
зернистость
Рисунок 3. Влияние зернистости на производительность Q шлифования (1, 2) и на изнашивание q кругов (3, 4). 1, 3 - материал круга 25А; 2, 4 - материал круга 63С. Твердость кругов - СМ2.
С увеличением зернистости кругов микротвердость обрабатываемого покрытия снижается. При шлифовании даже острыми кругами зернистостью 40 из обоих абразивных материалов микротвердость покрытия снижалась. Круг зернистостью 25 из карбида кремния зеленого оказывал значительное влияние на качество покрытия после 30-35 минут работы. При шлифовании таким же кругом из электрокорунда, микротвердость покрытия уменьшалась после первых минут работы. Наименьшее влияние на качество покрытия оказывали инструменты с зернистостью 16. Круг этой зернистости из электрокорунда зеленого не влиял на покрытие на протяжении всего периода стойкости (53 мин), а из электрокорунда белого на протяжении 32 минут своей работы.
Таким образом, для шлифования МДО-покрытий были рекомендованы круги на основе карбида кремния зеленого, зернистостью 16, с твердостью СМ2, керамической связкой, открытой структурой.
Список литературы
1. Kuznetsov J., Kossenko А., Lugovskoy А. Study of Wear Resistance of Plasma Electrolytic Oxidized Coatings on Aluminum Alloys // The Sixth International Conference on Mathematical Modeling and Computer Simulation of Material Technologies MMT-2010. - Ariel University Center of Samaria, Ariel, Israel, August 23-27, 2010., 1-1 - 1-10.
2. Кузнецов Ю.А., Митюрева Н.В. Особенности механической обработки деталей из алюминиевых сплавов, упрочненных микродуговым оксидирова-нием//Упрочняющие технологии и покрытия № 9. 2006. - с. 29-31.
3. Кузнецов Ю.А., Косенко А.В., Казански В.А. Влияние модуля силиката на технологические свойства покрытий / Вестник ОрелГАУ. №2(29). - 2011. - С. 97-101.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УПРУГОВЯЗКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ДИНАМИЧЕСКОМ НАГРУЖЕНИИ
Ломакина Ольга Владимировна
к. пед. н., доцент кафедры «Техническая механика и детали машин», г. Тамбов
Поведение упруговязких материалов при их обработке зависит от продолжительности, скорости нагруже-ния и других факторов. Так, например, при строгании повышение скорости подачи кожевенного полуфабриката снижает качество его обработки, что не является следствием лишь изменения геометрических условий резания полуфабриката.
Колебания рабочих органов машин, предназначенных для обработки упруговязкого материала, оказывают на него динамическое воздействие и изменяют физико-механические характеристики материала. Эти характеристики зависят от амплитуды и частоты воздействия, т.е. режима нагружения и отличаются от характеристик, полученных в статических условиях. Поэтому их значения условны, если они не связываются с характером усилий, вызывающих напряженно-деформированное состояние материала.
Поэтому, при определении физико-механических характеристик материала необходимо указывать кинематические и динамические параметры вибрационного режима его нагружения. При быстром процессе нагружения
материала должны учитываться скорости его деформаций и напряжений, так как при этом деформирование качественно отличается от деформирования при малых скоростях, а поэтому и физико-механические характеристики будут иными [1].
В данной работе приводится метод определения упруговязких характеристик материала, основанный на исследовании динамических свойств механической системы, одним из элементов которой является образец материала, работающий на сжатие, находящейся под воздействием гармонического возмущения. Использование амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик этой системы, которые могут быть установлены экспериментально, дает возможность определения по ним величин, реализуемых жесткости и вязкости материала.
При описании процесса деформирования сжатия образца материала принимается реологическая модель с линейно-упруговязкими элементами, описываемая дифференциальной зависимостью [2]:
о = E(w,A)s + у.(ш,А)Ё,
(1)
где Е(ш, А), А)- соответственно модуль упру-
гости и коэффициент вязкости, завясящие от частоты вибрационного процесса Ш и амплитуды А изменения деформации образца материала; £ - его относительная
деформация сжатия; О - напряжение в образце; £ - скорость изменения деформации образца.
Представление о материале как об упруговязкой среде позволяет, используя теорию упруговязких деформируемых сред, отразить математически связь между напряжениями и деформациями. Зависимость (1) используется в практических приложениях при инженерных расчетах, а механическая модель дает качественно верную картину деформации упруго-вязких материалов.
Расчетная динамическая модель для определения упруговязких характеристик материала показана на рис.1. Её основные элементы: 1 - упругие элементы, обеспечивающие поджатие образца материала, находящегося на вибростоле 6; 2 - упругие элементы, назначением которых
является снижение усилия, передаваемого на вибростол 6 от упругих элементов 1, с целью снижения его влияния на заданный закон движения вибростола; 3 - образец материала, который находится на вибростоле 6, получающем заданное движение от электродинамического вибратора 7; 4 - выступы (колки), через которые взаимодействует с образцом масса 5, создающая на него инерционную нагрузку.
Частота и амплитуда колебаний вибростола может регулироваться от блока управления вибростенда, при этом, частотный интервал рассматриваемой системы может быть увеличен за счет изменения величин массы 5 и жесткостей упругих элементов 1 и 2. Выбор формы образца, его размеров, а также режима нагружения диктуется соображениями обеспечения условий, имитирующих реальные условия его нагружения при обработке, и требованиями к проведению механических испытаний, которые заключаются в отборе образцов, комплектовке и контроле их качества.
Рисунок 1. Схема исследуемой механической системы
Обозначим: Я-толщина образца материала; - статическая деформация сжатия образца; у^ - абсолютное динамическое смещение массы 5; Л^, Сц, Л-2, С2 - статическая деформация и общая жесткость упругих элементов 1
и 2 соответственно; ^0 - амплитуда кинематического возбуждения; 5 - площадь контакта образца полуфабриката (нагруженная площадь) с колками 4. Дифференциальное уравнение движения массы 5 имеет вид:. (2)
В положении равновесия имеем соотношение: (3)
где Ест = Ест(£ст) - статический модуль упругости,.
Уравнение (2) с учетом соотношения (3) запишется в форме: (4)
Для определения частного решения уравнения (4), описывающего стационарное периодическое движение
массы 5 с частотой Ш, используем метод комплексных амплитуд [3]. В рассмотрение вводится комплексная величина Уц, действительная часть которой совпадает с у^,
т.е. Ееу± = у±.
Зависимость кинематического возбуждения от времени представляем в комплексной форме:
? = (оеш*,
где ^ = —¿(о. Тогда ( = = (о51П^. Реше-
ние Уц представим в виде:
ух=Ахе1шг+у2.
В соответствии с дифференциальным уравнением относительно у 1, которое имеет такой же вид, что и уравнение (4) относительно у 1, получаем комплексную амплитуду вынужденных колебаний:
А1 = А1е-1(^1) = А2е-1^1,
где А 2 = —1А1, А1 - амплитуда колебаний массы 5;
1р1 - сдвиг фаз между перемещениями массы 5 и вибростола 6.
А _ ^(со(ш,А)+С1)2+Ьо(щ,А)2ш2?о 1 ^(с0(со,А)+с1+с2-тсо2)2 +Ь0(со,А)2 со2'
=
Ь0(ы,А)(ты2-с2)со
(с1+с0(ш,А))(с1+с2+с0(ш,А)-тш2)+Ь0(ш,А)2ш2 где С0(Ы,А)=Е-^, Ь0(й),А) —
6)
h
А —
С2-тш2\$о
(8)
с0( ш,А) + с1 + с2-тш2)2+Ь0(ш,А)2ш2 С учетом формул (7), (8) для деформации Уз полу
чим:
Уз — Asin(vt - +
( Сст + с1+ С2^ст Co((Ú,A) + CI+C2
где - сдвиг фаз между деформацией образца и смещением вибростола 6, определяемый формулой:
—
Ь0(ш,А)ш
с0(ш,А) + с1 + с2-тш2 Следует отметить, что в рассматриваемом случае определить коэффициент Ьо (te, Á) по ширине Ate
пика амплитудно-частотной характеристики массы 5 при амплитуде колебаний, составляющей определенную часть от резонансной, не представляется возможным, так как получение соответствующей зависимости предполагает, что коэффициенты жесткости и демпфирования упругой колебательной системы не зависят от частоты и амплитуды колебаний [4].
Влияние сил демпфирования на величину амплитуды вынужденных колебаний проявляется в наибольшей степени вблизи резонансных режимов. Демпфирующие свойства механической системы определяют амплитуду ее колебаний на резонансе; они могут быть установлены более точно именно на этом режиме в сравнении с их определением на других, нерезонансных режимах. В соответствии с указанным жесткость Со ( Ы, А) целесообразно определить из соотношения:
С0( Ш,А) + С1 + С2 — ты2 = 0. (9)
В соответствии с (5), (6) и (8) получим:
_ ^(тш2-С2)2+Ъо(ш,А)2ш2$о
Ал — . ч ;
1 ыЬо(ы,А)
tgfa —
Ь0(ы,А)ы'
Величины Со ( А) и Ьо А) характеризуют соответственно динамические упругие и демпфирующие свойства образца материала, которые реализуются при указанных выше условиях его нагружения.
Частное решение у2 уравнения (4), соответствующее смещению центра колебаний массы 5 относительно положения статического равновесия, равно: (7)
где.
Таким образом, смещение массы 5 представляется в форме:
У1 = А^П^ — ^1) + У2.
Изменение деформации сжатия образца в зависимости от времени
Амплитуда А колебаний деформации образца:
л = J^2 Ю2.
(10)
(11)
(12)
Из соотношения (10) определяется величина коэффициента демпфирования:
Ь0(со,А) —
\тш2-с2\
ш
(13)
т
—
Амплитуда изменения деформации образца материала, соответствующая коэффициентам Со( №,А),
Ьо А) определяется в соответствии с равенством (12).
Целесообразность подобных исследований как теоретических, так и экспериментальных, обусловлена задачами проектирования рабочих органов машин, назначением которых является обработка упруго-вязких материалов. При решении указанных задач должны учитываться свойства материала, что позволяет реализовы-вать режимы нагружения, обеспечивающие стабильность качества обработки.
Список литературы
1. Бидерман, В.Л. Теория механических колебаний / В.Л. Бидерман. - М.: Высшая школа, 1980. - 408 с.
2. Гуль, В.Е. Структура и механические свойства полимеров / В.Е. Гуль, В.Н. Кулезнев. - М.: Высшая школа, 1979. - 352 с.
3. Коловский, М.З. Нелинейная теория виброзащитных систем / М.З. Коловский. - М.: Наука, 1966. -318 с.
4. Колтунов, М.А. Ползучесть и релаксация / М.А. Колтунов. - М.: Высшая школа, 1976. - 277 с.
