CC BY
21
Совершенствование дробеметной обработки прокатных валков... Огарков Н.Н., Залетов Ю.Д., Ласьков С.А. и др.
120 ^
У/л
920
Рис. 4. След от факела дроби на листе металла после обработки дробью со шторами
40 Ч 11111111
0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4
Яа, мкм
Рис. 5. Соотношение плотности пиков и параметра иа на автолисте, дрессированного в валках после ДМО факелом дроби повышенной плотности
тимое экранирующее действие отскакивающей от штор дроби. На этом же рисунке видно, что теоретически длина пятна контакта факела дроби с насекаемой поверхностью уменьшается с 1580 до 1005 мм.
Экспериментально полученное пятно, соответствующее форме факела дроби при обработке полосы с установленными шторами, приведено на рис. 4.
След от факела состоит из двух зон: основной с размерами 920х 100 мм, характеризуемой относительно равномерной плотностью факела дроби, и примыкающей к ней вспомогательной с размерами 120x80 мм, с менее равномерной плотностью факела дроби. На основную зону с наиболее плотной насечкой приходится 90,5%, а на вспомогательную зону с менее плотной насечкой - 9,5%.
Установка штор в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения дробеметного колеса, уменьшила площадь следа на металлической полосе от факела дроби примерно в 3 раза, по сравнению с площадью следа без установки штор. Уменьшение площади в 3
раза эквивалентно увеличению плотности факела дроби на такую же величину.
Наряду с уменьшением площади контакта факела дроби с насекаемой поверхностью произошло перераспределение площадей зон с плотной и менее плотной насечкой. Наибольшее увеличение плотности насечки наблюдается в центральной части. Площадь с плотной насечкой увеличилась с 8 до 90,5% в общей площади пятна контакта.
Для проведения промышленного эксперимента были обработаны 2 рабочих валка дрессировочного стана 2500 факелом дроби повышенной плотности на следующих режимах:
- число оборотов дробеметного колеса - 1700 об/мин;
- скорость тележки - 1 м/мин;
- число оборотов валка - 10 об/мин;
- число прождов - 4.
Данными валками была подвергнута дрессировке опытная партия металла. Результаты измерения параметров шерожватости приведены на рис. 5.
Из рис. 5 следует, что в этом случае имеет место меньший разброс значений как по Рс, так и по Яа. Аналогично сохраняется тенденция к уменьшению плотности пиков с увеличением параметра Яа.
Результаты дисперсионного анализа свидетельствуют об улучшении параметров шероховатости металла, прокатанного в валках, насеченных факелом дроби повышенной плотности. Среднее значение плотности пиков по сравнению с плотностью пиков металла, дрессированного по обычной технологии, увеличилось в 1,22 раза. Коэффициент вариации уменьшился с 0,316 до 0,198, что свидетельствует о большей стабильности параметра Рс, замеренного в различных точках шероховатой поверхности металла.
Среднее значение параметра Яа уменьшилось с
0,93 до 0,86 мкм, а коэффициент вариации с 0,422 до
0,232. Уменьшение Яа и коэффициента вариации в 1,8 раза свидетельствует также о большей равномерности распределения шерожватости по поверхности дрессированного металла.
По результатам испытаний предложено выполнить обработку валков дрессировочного стана по измененной технологии и внести изменения в технологическую инструкцию по подготовке прокатных валков.
УДК 621.753 Сергеев С.В.
НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ВРАЩАЮЩИМИСЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫМИ ПРОНИКАТЕЛЯМИ
В производственных условиях заданные параметры точности размера, формы и координатного
Работа выполнена при финансовой подарржкв РФФИ (проекгы№ 07-01-96052-р_урал_а и№ 08-08-00517-а).
расположения осей отверстий обеспечиваются нестабильно. Указанные трудности объясняются недостаточной изученностью таких динамических факторов, как продольные и поперечные вибрации инструмента, синхронизационные эффекты и т.д. Нет также обос-
нованных рекомендаций по устранению или управлению вибрационными процессами при выборе режимов обработки, геометрии инструмента, проектировании оснастки и т.д.
Большой вклад в решение проблем точности и производительности механической обработки деталей машин внесли русские учёные Корсаков B.C., Даль-скийА.М., РыжовЭ.В., КорчакС.Н., Матвеев В.В., МирновИ.Я., Мухин B.C. и др. Вопросы моделирования точности при обработке отверстий концевыми мер -ными инструментами рассмотрены в работах Подурае-ваВ.Н., Светлицкого В.А., Мещерякова Р.К., Косило-вой А.Г., Холмогорцева Ю.П., Закарян Л.Я. и др. Причём в моделях Косиловой А.Г., Холмогорцева Ю.П., Закарян Л.Я. и др. сверло рассматривается как вибрирующий резец без учёта базирования его в отверстии. Такой поджд неадекватно отражает реальные процессы, происходящие при обработке отверстий.
Математические модели Подураева В.Н., Светлицкого В.А., Мещерякова Р.К., Матвеева В.В., Лакире-ва С.Г. учитывают базирование инструмента по поверхности заготовки. Причём в работе Лакирева С.Г., Хилькевича Я.М. и Решетникова Б.А. показано, что при базировании инструмента на поверхность резания и заждную кромку детали при наличии осевых или крутильных колебаний с частотой, равной частоте вращения с ограниченной амплитудой, наблюдается ряд интересных явлений, например неограниченный «резонансный» увод и искривление оси отверстия [1]. На основе такого подхода было исследовано взаимодействие инструмента и заготовки, в частности учтены динамические факторы.
Вместе с тем, отметим, что среди большого количества самых различных математических моделей, применяемыхв горном деле и в металлообработке для описания процессов проникания, можно выделить математические модели, в которых учтено основное свойство твердой среды проникания, а именно характерная для твердых сред стабильность формы. То есть главное качественное отличие твердой среды от жидкой и газообразной состоит в том, что твердая среда сохраняет, «запоминает» все прошлые воздействия, и
на траекторию проникателя влияет не только его положение в текущий момент времени, но и ряд его положений в предыдущие моменты времени.
Особенностью нашего подхода является то, что принципиальная важность всех этих явлений заключается, с одной стороны, в том, что согласно принципу П.Кюри любые проистекающие явления могут происждить только в случае наличия некоторых дис-симметрий. Понятно, что общий принцип Кюри касается и таких явлений, как искривление осей внутренних поверхностей (диссимметрии, то есть неоднородности и анизотропности среды; движения проникателя в том числе).
С другой стороны, принципиальная важность исследования динамики вибраций, радиальных и других автоколебаний многолезвийного концевого проникателя объясняется тем, что детальные исследования вибраций могут снять кажущиеся парадоксы и противоречия рассматриваемых процессов.
Именно поэтому для описания процессов формообразования внутренних поверхностей концевыми многолезвийными проникателями могут быть использованы математические модели, представляющие собой системы дифференциальных уравнений с запаздывающим аргументом. Уже сам вид типичных одномассовых динамических моделей концевых многолезвийных прони-кателей с двумя степенями подвижности показывает, что устойчивость тривиальных статических решений не может иметь место при любыхпараметрахсистемы.
На этой основе теоретически показано и экспериментально подтверждено [2, 3], что при проникании любого геометрически симметричного многолезвийного проникателя его симметрия неизбежно нарушается из-за самовозбуждения беспороговых быстрых поперечных автоколебаний. Причем динамические неустойчивости, приводящие к самовозбуждению быстрых радиальных автоколебаний, вызваны неконсервативными тангенциальными силами и математически аналогичны Капицевской неустойчивости ротора, врашдющегося в аэродинамической среде. Показано, что быстрые радиальные автоколебания проникателей с числом зубьев Z > 3 имеют почти круговую траекторию, а их частота
а б в
Рис. 1. Следы поперечных автоколебаний: а - кольцевого сверла; б - развёрти; в - спирального сверла
Научные основы процессов формообразования внутренних поверхностей вращающимися..
Сергеев С.В.
превышает собственную частоту изгибных колебаний его стебля, то есть примерно на два порядка превосходит частоту его вращения.
При этом на поверхности резания возникают центры мгновенного качения проникателя - риски (рис. 1), то есть возникает неголономная связь проникателя со средой проникновения. Быстрые же радиальные автоколебания проникателей с числэм зубьев Z = 2 имеют вытянутую замкнутую траекторию, большая ось которой перпендикулярна линии, соединяющей вершины зубьев. Причем частота этих колебаний хотя и больше частоты вращения примерно на порядок, но может быть существенно меньше собственной частоты свободных изгибных колебаний стебля проникателя. Это объясняется тем, что неголономная связь проникателя со средой проникновения уже не может быть центром мгновенного качения, поскольку время качения существенно.
Теоретически вскрыт и экспериментально доказан механизм вибрационного смещения и искривления траектории геометрически симметричного проникателя, симметрия которого нарушается кинематически из-за быстрых поперечных вибраций. В этом случае зенитное искривление траектории наблюдается, если на геометрически симметричный проникатель наложить амплиту дно-моду лированные продольные вибрации, несущая частота которых совпадает с частотой быстрых поперечных автоколебаний, а частота огибающей, то есть частота изменения амплитуды несущих колебаний, совпадает с частотой его вращения. При этом вскрытый механизм может приводить к целому ряду внешне различных эффектов вибрационного перемещения (рис. 2, 3):
- если частота продольных вибраций несколько отличается от частоты вращения, то зенитное искривление траектории сменяется азимутальным искривлением, что приводит или к разбивке, или к спирально-сти оси формируемой поверхности;
- если частота продольных вибраций в целое число раз превосходит частоту вращения, причем это число не имеет общего делителя с числом зубьев проникателя , то увод и искривление траектории наблюдается как бы в нескольких направлениях, что приводит к нарастанию огранки формируемой поверхности до максимально возможной величины;
- если же это число несколько отличается от целого - возникает формирование на стенках поверхности спиральных канавок;
- если закон продольных вибраций ангармоничен, то при любой их частоте, кратной частоте вращения, одновременно формируются погрешности расположения и поперечной формы образованной поверхности;
- если продольные колебания любой частоты являются частотно-модулированными, то проникатель начинает псевдослучайно блуждать в поперечных направлениях, что приводит к образованию постепенно расширяющейся в поперечном сечении поверхности, то есть внутренней поверхности с обратной конусностью.
- если на геометрически симметричный инструмент наложить амплитудно-модулированные продольные вибрации, несущая частота которых совпадает с частотой быстрых поперечных автоколебаний, а частота огибающей, то есть частота изменения амплитуды несущих колебаний, совпадает с частотой вращения инструмента, будет наблюдаться зенитное искривление траектории оси отверстия;
- при наложении на гео-метрически симметричный инструмент гармонических продольных колебаний с частотой, совпадающей или кратной частоте его поперечных автоколебаний, частота поперечных вибраций инструмента начинает, при возникновении параметрического резонанса, уклэнять-ся от частоты продольных колебаний и поперечные вибрации становятся частотно-модулированными, при этом образуется постепенно расширяющееся коническое отверстие.
Для исследования влия-ния синхронизации и рассинхронизации частот поперечных и осевых автоколебаний на погрешности обработки отверстий использовалась экспериментальная установка на базе вертикально-сверлильного станка мод. 2Н135 и вибрационного стенда СТ-3000 (рис. 4).
а б
Рис. 2. Управление точностью сверления отверстий: а - размера; б - продольной формы
б
Рис. 3. Управление величиной и интенсивностью увода оси отверстия: а - «азимутального»; б - «азимутального» и «зенитного »
I
Рис. 4. Общий вид экспериментальной установки для управления резонансными эффектами при обработке отверстий мерными многолезвийными инструментами
Показана связь между погрешностями обработки и конструктивно-технологическими факторами и динамическими параметрами процесса формообразования отверстия.
Разработана методика диагностики причин вибрационного характера, из-за которых возникают систематические погрешности при обработке отверстий. Предложены новые методы управления точностью расположения, размера и формы обрабатываемых отверстий путем регулирования амплитудно-фазочастотных характеристик технологических систем. В рамках этой методики разработано 6 новых способов обработки отверстий, в том числе обоснована четвертая, ранее неизвестная, схема сверления (а.с. 1710213) и 16 рациональных элементов технологической системы. Практическое применение разработок позволяет на этапах технологической подготовки и непосредственно в производственных условиях прогнозировать точность обработки систем отверстий и при необходимости корректировать условия обработки. Применение данной методики в ОАО «Завод Булат» (г. Златоуст), ОАО «Автомобильный завод "Урал"»
(г. Миасс) и на одном из предприятий п/я М-5647 г. Москвы позволило ликвидировать брак деталей по точности размера, формы и расположения отверстий.
Результаты работы были использованы в смежных областях. Так, способ возбуждения вибрации применяется в различного рода вибрационных машинах с управляемыми параметрами, а методика диагностики - в горном деле для управления трассой скважин при бурении [4].
Список литературы
1. А.с. 1220881. Способ обработки отверстий / С.Г. Лакирев, Я.М. Хилькевич, Б.А. Решетников, В.В. Леванидов.
2. Сергеев С.В. Повышение эффективности вибрационных процессов при механической обработке различных материалов: монография. Челябинск: ЮУрГУ, 2004. 262 с.
3. Лакирев С.Г., Хилькевич Я.М., Сергеев С.В. Математическое моделирование динамики процессов обработки отверстий мерными инструментами и вибрационная диагностика многоинструментальных наладок // Совершенствование машиностроительных материалов, конструкций машин и методов об -работки деталей: тем. сб. науч. трудов. Челябинск: ЧГТУ, 1995. С. 81-161.
4. А.с. 1664412. Способ возбуждения круговых колебаний и устройство для его осуществления / Сергеев С.В. и др.
List of literature
1. A.s. 1220881. Way of processing of apertures / S.G. Lakirev, la.M. Khilkevich, B.A. Reshetnikov, V.V. Levanidov.
2. Sergeev S.V. Increase of efficiency of vibrating processes at machining of various materials: the monography. Cheliabinsk: the publishing SUSU, 2004. 262 p.
3. Lakirev S.G., Khilkevich la.M., Sergeev S.V. Mathematical modelling of dynamics of processes of apertures by measured tools and vibrations diagnostics multiple-tools adjustments // Perfection of machine-building materials, designs of cars and methods of processing of details. Cheliabinsk: ChSTU, 1995. P. 81-161.
4. A.s. 1664412. Way of excitation of circular fluctuations and the device for its realisation / Sergeev S.V. and others.
УДК 621.983
Семашко М.Ю., Шеркунов В.Г., Карева Н.Т., Экк Е.В.
ДЕФОРМИРОВАНИЕ НАТУРНЫХ ОБРАЗЦОВ ИЗ СВИНЦА И АЛЮМИНИЯ С ЦЕЛЬЮ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СПОСОБА ПЛАСТИЧЕСКОГО СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ
На кафедре «Машины и технологии обработки материалов давлением» (МиТОМД) был предложен способ интенсивной пластической деформации, целью которого является изменение структуры металла, состоящий из комбинации уже известных операций свободной осадки, закрытой осадки, закрытой прошивки и обратного выдавливания [1, 2], повторяющихся циклически.
Для проведения натурного эксперимента, который является ключевым этапом в цикле научных исследований, была разработана технологическая оснастка, состоящая из основания, подвижной матрицы и пуансона (рис. 1). В качестве заготовок были выбраны свинцовые образцы и образцы из сплава АМгб размерами: высота 120 мм и 035 мм (рис. 2). Исследования осуществлялись на гидравлическом прессе в лаборатории кафедры Ми-
