CC BY
22
Перечень ссылок
1. Верещака А. С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. - М.: Машиностроение, 1993. - 336 с.
2. Лоладзе Т. Н. Прочность и износостойкость режущего инструмента. - М.: Машиностроение, 1982. - 320 с.
3. Макаров А. Д. Износ и стойкость режущих инструментов. - М.: Машиностроение, 1966. - 264 с.
4. Резников А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. - М.: Машиностроение, 1981.279 с.
5. Исследование и моделирование теплофизических явлений при обработке резанием /М.Ш. Мигранов, Р. И. Ахметшин, Ю. В. Лукащук // Известия ТулГУ. Сер. Инструментальные и метрологические системы. Вып. 1. Ч.1. -Тула: Из-во ТулГУ, 2005. - С. 110-114.
6. Верещака А. С., Верещака А. А. Повышение эффективности инструмента путем управления составом, структурой и свойствами покрытий //Упрочняющие технологии и покрытия. - 2005. - № 9. - С. 9-19.
Одержано 11.06.2007
Наведет результати теоретико-експериментальних до^джень теплоф1зичнихявищ при використанш 3HococmiuKux покриттiв для р1зального iнструменту при лезовш обробцi ргзанням.
The results of theoretical-experimental researches of thermal-physical phenomena during wear resistance coatings for the cutting tools at machining using were presented.
УДК 621.81
Д-р техн. наук А. Л. Майстренко1, д-р техн. наук А. В. Усов2
1Институт сверхтвердых материалов, г. Киев 2Политехнический университет, г. Одесса
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ КОНТАКТНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АБРАЗИВНОЙ ЧАСТИЦЫ С ПАРОЙ ТРЕНИЯ С ПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ
Используя математическое моделирование устойчивости контактного взаимодействия абразивной частицы, показано, что интенсивность износа определяется условиями микрорезания или трения абразивного зерна с парой трения с полимерным покрытием.
В современном машиностроении наблюдается интенсивное повышение потребности в технологиях восстановления функциональной способности деталей машин и механизмов с помощью нанесения износостойких покрытий. В связи с этим приобретают особую актуальность современные ремонтно-восстанови-тельные технологии, которые позволяют восстанавливать работоспособность деталей машин непосредственно в производственных условиях. Одним из направлений современных ремонтных технологий для восстановления функциональных свойств изношенных деталей является нанесение на рабочие поверхности износостойких покрытий.
Однако для выбора типа покрытия указанного назначения и способа нанесения необходимо обосновать требования к их износостойкости и физико-механическим свойствам с учетом особенностей условий эксплуатации, а также свойств материала одной возобновляемой детали. Наиболее подходящими в рассмотренном случае типами покрытий являются покрытия,
сформированные на основе металлополимерных композиционных материалов [1, 3].
В области взаимодействия свободного перекатывания абразивных зерен на рабочих поверхностях деталей исследуемых узлов износ значительно меньше, чем в случае микрорезания. Поэтому представляет научный интерес определение параметров данной технологической системы (гидроабразив - трущаяся пара) и условий ее эксплуатации с тем, чтобы минимизировать износ трущихся пар, работающих в гидроабразивной среде за счет обеспечения перекатывания частиц свободного абразива по рабочей поверхности деталей узлов.
Рассмотрим условия контактного взаимодействия свободного абразива, моделируемого упругими шарами приведенных размеров, соответствующих среднему размеру зерен 8Ю2 с поверхностями композиционных покрытий, нанесенных на рабочие зоны деталей узлов подъемных механизмов, эксплуатируемых в водной среде со взвешенными частицами песка.
© А. Л. Майстренко, А. В. Усов, 2007
ISSN 1607-6885 Нов1 матер1али i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2007
119
В зависимости от кинематических и силовых параметров, сопровождающих работу указанных узлов, частицы свободного шара абразива, попадающие на рабочие поверхности деталей, могут перекатываться на этой поверхности или осуществлять микрорезание. Характер этого взаимодействия во многом зависит еще и от свойств самого покрытия.
Динамическую модель «пара трения - гидроабразив» можно представить в виде системы дифференциальных уравнений [4]:
my + ny + cy = f ; Tf + f = к (q()-y ).
(1)
Здесь y-допустимая деформация, соответствующая некоторому стационарному процессу трения. Требуется определить область устойчивости процесса трения в пространстве параметров:
a - c, к n, m,T - заданы; ст- n, c к, m,T - заданы. Считаем, что m = 5 H • c2 / m, T = 10-4 c ,
n = 4 • 103H • c/М , к = 1,8•ÎO5H /m .
Исключим f из системы (1), дифференцируя первое уравнение системы. Тогда придем к уравнению
(my + ny + cy ) + T (my + ny + cy ) = к (g (()__ y ), (2) или y + ay + by + dy = kg ((),
где a = n / m +1/T ;b = n /(m • T) + c / m; d =(c + к))(m • T).
Асимптотическая устойчивость стационарного процесса y(() равносильная асимптотической устойчивости нулевого решения системы в отклонениях
x + ai; + bx + dx = 0,
где x = y - y - отклонение от стационарного процесса.
Для исследования асимптотической устойчивости рассмотрим характеристический полином
f (А) = А3 + a А? + bA + d
который в случае асимптотической устойчивости должен иметь корни в левой полуплоскости. Условия принадлежности корней левой полуплоскости определяются критерием Рауса-Гурвица:
Г =
ad 0 1 b 0 0ad
Д1 = a > 0, Д? =
ad 1b
= ab - d > 0,
a, b, d через n, m, Tc , получаем
(n/m +1/T)(n/mT + (c/m)-c/к)/mT > 0. Для случая a из уравнения следует
с - к >-± f к -1
T Tn l m T
или после подстановки чис-
ловых значений, с - 2,5к > -(ш8 + 8 • 106).
Область, определяемая этим неравенством, показана на рис. 1.
Рис. 1. Область устойчивости процесса трения в технологической системе в пространстве параметров (с, к)
Для случая б из уравнения (2) получаем
с > 1,8 .Ш9! - 2-103 • п -108 „ •ю14, Н • с / м .
п '
Область устойчивости показана на рис. 2.
В устойчивой области происходит износ трущихся пар в присутствии свободного абразива. При этом абразивные зерна, перекатываясь по трущимся поверхностям, выкалывают частицы металла и формируют рельеф поверхности матового вида. При нарушении устойчивости изменяется характер взаимодействия зерен с трущейся парой в зоне контакта. В этом случае формирование рабочей поверхности осуществляется микрорезанием абразивными зернами, в результате чего происходит интенсивный износ.
Дз = Д2^ > 0 (что равносильно Д2 > 0, так как ^ > 0).
По условию, коэффициенты уравнения (2) положительны. Выясним, когда аЬ > 0. Представляя значения
Рис. 2. Область устойчивости процесса трения в технологической системе «абразив - пара трения» в пространстве
параметров (с, п)
Детонационные покрытия наносились по технологии из композиционных порошковых материалов КХН и НАС, а также металлополимерных покрытий с разными металлическими порошковыми наполнителями. На основании исследования изнашивания покрытий установлены типы покрытий, которые имеют лучшие показатели для применения в восстановительных работах.
Исследованы процессы изнашивания материалов основы возобновляемых деталей, с детонационными, металопластиковыми и мультиметаллическими покрытиями, а также их изнашивание в присутствии свободного абразива (рис. 3). По результатам эксперимента определенны зависимости величины изнашивания д h от длины пути трения Т, а также изменение значений коэффициента трения f от величины контактного давления Р (рис. 3 а, б).
Получено, что для деталей с детонационными покрытиями наибольшую износостойкость имеет пара трения «сталь 45 с покрытием НАС - сталь 45 с покрытием КХН». Среднее значение степени изнашива-
, у = -5Е-0Экд + 4Е-06Х3 - 0,001хг + 0,1151х +
□ И 10 , мм 1 038?
О 50 100 150 200 250 300 350 1'Ч М» мм
а
0 0.4 0,3 1.2 1,6 2 2,4 2,8 Р-
б
Рис. 3. Зависимости изменения величины изнашивания Д к от пути трения Т (а) и коэффициента трения / от уровня приложенного давления Р (б) для исследуемых пар трения: 1 сталь 45 по стали 45; 2 покрытие КХН на стали 45 по стали 45; 3 покрытие из металлопластика «Качество Суперюр» на стали 45 по стали 45; 4 сталь 45 по резине при наличии масла 1-20, что содержит песок
ния для этой пары в 6,7 раз меньше, чем у пары трения «сталь 45 - сталь 45 с покрытием НАС» и в два раза меньше, чем у пары трения «сталь 45 - сталь 45 с покрытием КХН». При этом меньше всего значение коэффициента трения у пары "сталь 45 с покрытием НАС -сталь 45 с покрытием КХН". Среднее значение коэф -фициента трения в этой пары в 1,7 раз меньше, чем у пары трения «сталь 45 - сталь 45» и в 1,5 раза меньше, чем у пары трения «сталь 45 с покрытием НАС - сталь45 с покрытием КХН». Установлено, что среди исследованных пар трения с металлопластиковими покрытиями наибольшую износостойкость имеют пара трения «бронза Бро12 с покрытием на стальной основе и поверхностью резиновой манжеты» (рис. 3, б). В результате проведенных численных расчетов [4] полученные распределения напряжений, сформированных в твердых абразивных частичках при их вдавливании в поверхность детали, которая находится в исходном состоянии или с металлопластиковим покрытием. В рассмотренном случае металлопластиковое покрытие выполняет функции протекторного пласта, потому что величины рассчитанных в пласте и в абразивной частице контактных напряжений существенным образом ниже предельных напряжений, которые могли бы привести к необратимым деформациям в пласте и к разрушению абразивных частиц, с образованием острых абразивных фрагментов и, как следствие, увеличению интенсивности изнашивания пары трения. В зоне контакта зерна и металлопластикового покрытия напряжения, которые возникают в зерне практически в два раза меньшие, чем при контакте со стальной основой без покрытия, и они не превосходят уровня прочности материала зерна. Итак, зерно в этом случае не разрушается.
На основании сравнения результатов экспериментального исследования интенсивности изнашивания стальных образцов с металлопластиковим покрытием при наличии свободного абразива и результатов натурных испытаний стального штока гидроцилиндра, восстановленного металлопластико-вым покрытием, сделан вывод об эффективности и надежности использования покрытия данного типа для восстановления изношенных деталей, эксплуатируемых в условиях абразивного изнашивания.
Натурные испытания подтвердили выводы , сделанные на основании экспериментальных исследований о высокой износостойкости и антифрикционных свойствах деталей с детонационными покрытиями и возможности их применения при восстановлении деталей, которые потеряли свою работоспособность в связи с износом робочих поверхностей.
Перечень ссылок
1. Бородин И. Н. Упрочнение деталей композиционными покрытиями. - М.: Машиностроение, 1982. - 141 с.
2. Дащенко А. Ф., Белоконев К. И. Повышение износостойкости деталей аксиально-поршневых гидромашин путем нанесения детонационно-газового покрытия
1607-6885 Новi маmерiали i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2007
121
НАС.// Детали машин; Сб. Научн. Тр. - Киев: Техника, 1992 - вып. 54 - С. 61-64. 3. Крагельский И. В. Трение и износ. - М.,: Машиностроение, 1986. - 480 с.
4. Усов А. В., Дубров А. Н., Дмитришин Д. В. Моделирование систем с распределенными параметрами. - Одесса: Астропринт, 2002. - 664 с.
Одержано 14.06.07
Використовуючи математичне моделювання cmiuKocmi контактно'1 взаемодП абразивно'1 частинки, показано, що iнтенсивнiсть зношування визначаеться умовами мiкрорiзання або тертя абразивного зерна з парою тертя з полiмерним покриттям.
Using the mathematical model of abrasive particle contact co-operation stability, it was shown that intensity of wear is determined by terms of microcutting or friction of abrasive corn with the friction pair with polymeric coverage.
УДК 621.9
Д-р техн. наук Ю. Н. Внуков, М. А. Шамровский Национальный технический университет, г. Запорожье
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ КУЛАЧКА ПО МЕЖОСЕВОМУ РАССТОЯНИЮ ДО КРУГЛОГО ТОЛКАТЕЛЯ
В статье показан вывод формул, устанавливающих математическую связь между профилем кулачка, представленным в полярных координатах, и законом возвратно-поступательного движения круглого толкателя. Выведенные зависимости являются основой для написания управляющих программ для станков с ЧПУ при высокоточном шлифовании профилей кулачков.
Введение
В практике при изготовлении и контроле профиля различных кулачков необходимо иметь точную математическую связь между профилем кулачка, заданно-
го в полярных координатах, и расстояниях Xс между осями вращения кулачка и круглого толкателя (рис. 1) при условии их касания.
Рис. 1. Схема контактирования кулачка с круглым толкателем:
1 - контактная поверхность кулачка; 2 - контактная поверхность измерительного прибора; 3 - контактная поверхность шлифовального круга (ШК); 4 - вращение кулачка; 5 - вращение ШК; 6 - возвратно-поступательное движение оси ШК
© Ю. Н. Внуков, М. А. Шамровский, 2007 122
