CC BY
22
УДК 621.9.015:629.12.002
Н.В. Ермольчева, А.В. Королев, Б.С. Орлов, И.В. Родионов
О ВЛИЯНИИ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ДИСКРЕТНОГО ВИБРАЦИОННОГО РЕЗАНИЯ НА ФОРМУ И ПАРАМЕТРЫ МИКРОРЕЛЬЕФА
ПОВЕРХНОСТИ
Рассматривается процесс образования частично регулярного микрорельефа на поверхности деталей методом дискретного вибрационного резания. Получены формулы для оценки нестандартных параметров микрорельефа.
Частично регулярный микрорельеф, форма микрорельефа, параметры микрорельефа, дискретное вибрационное резание, технологическое обеспечение
N.V. Ermolcheva, A.V. Korolev, B.S. Orlov, I.V. Rodionov
EFFECT OF STRUCTURAL ELEMENTS OF DISCRETE DEVICES FOR VIBRATION CUTTING SHAPE AND PARAMETERS OF SURFACE MICRORELIEF
It is considered process of the formation partly regular microrelief on surfaces of the details by method of the discrete vibratory cutting. The formulas for the evaluation of nonstandard parameters of the microrelief.
Partly regular microrelief, form microrelief, parameters of the microrelief, discrete vibratory cutting, technological provision
Известно, что технологический микрорельеф поверхностей деталей оказывает влияние на их эксплуатационные характеристики. Одним из новых методов нанесения микрорельефов на поверхностях деталей тел вращения является дискретное вибрационное резание (ДВР), позволяющее создавать частично регулярный микрорельеф (ЧРМР) в виде различной формы и размеров дискретно расположенных микролунок глубиной hmax с относительной площадью F„ по ГОСТ 24773-81 [1, 2].
На рис. 1 видно, что инструмент (резец), закрепленный на Г-образной части державки и совершающий возвратно-качательное движение относительно оси O с амплитудой e, заглубляется на величину hmax в момент наибольшего отклонения его от положения равновесия на угол ф. При этом время соприкосновения инструмента с поверхностью зависит от размеров L и l конструктивных элементов державки, а также амплитуды e и глубины hmax.
Если при l=e (рис. 1б) инструмент соприкасается с поверхностью в течение полупериода T/2, то при l>e (рис. 1а) за время т0 прохождения расстояния y0 он дополнительно находится вне контакта с поверхностью, то есть соприкосновение происходит в течение времени (T/2-2t0).
Так как инструмент совершает гармонические колебания, то время т0 можно определить из выражения
. 2п
y0 = e sin -
T
На основании подобия фигур B1CM и B1BN (рис. 1б) следует, что
y0 = = B1N ■
CM
BN
(1)
(2)
где B1N = l - (l ■ cos p - e); BN = l ■ sin p - (L - L ■ cos p); CM = l ■ sin p - hmax .
Поскольку sin p = e/ L и с учетом того, что при L>>e cos p ~ 1, уравнение (2) примет вид:
L ■ h
l
Подставляя выражение (3) в формулу (1), получим
(3)
(4)
Рис. 1. Схема формирования микролунок при l>e (а) и l=e (б)
Т
0
а!
б)
У
У
Т/2
та
к
к
Т/2
Рис. 2. Форма микролунок на плоскости развертки цилиндра при т0Ф0 (а) и то=0 (б)
Таким образом, выражение (4) связывает начальный момент времени соприкосновения инструмента и поверхности детали с конструктивными элементами устройства для ДВР.
Рассмотрение образующихся микролунок ведется на плоскости ХОУ развертки цилиндра детали (рис. 2), при этом движение подачи резца производится в положительном направлении оси ОУ.
При врезании резца, режущая часть которого представляется как полусфера с радиусом г, в цилиндрическую поверхность без ее вращения на глубину к, изменяющуюся за период осцилляции от нуля до ктах, образуется отпечаток, граница которого на плоскости развертки имеет вид кривой, близкой к полуокружности радиусом р, определяемым по формуле
Траектория Ь движения центра С отпечатка на плоскости развертки задается параметрическими
где V - окружная скорость заготовки; v1- скорость движения центра С вдоль образующей цилиндра при отсутствии осцилляции.
Границы вырезанных микролунок представляют собой огибающие семейства полуокружностей переменного радиуса р, являющихся границами отпечатков, центры которых задаются уравнениями (6). В каждый момент времени т величина радиуса р определяется выражением
где ртах - максимальное значение радиуса полуокружности отпечатка при т = Т/4.
Формула для оценки площади поверхности микролунок получена ранее для частного случая, когда т0=0 при 1=е, а инструмент соприкасается с поверхностью детали в течение полупериода, и приведена в работе [3]. Используя приведенную там методику определения площади поверхности микролунок, проведем эти расчеты для общего случая, когда х0/О при 1>е.
Однопараметрическое уравнение семейства полуокружностей в каждый момент времени т имеет
вид
Для определения огибающей этого семейства полуокружностей дифференцируем по т обе части уравнения (8):
р ~у/2гк .
(5)
уравнениями:
. 2п у = v1т + е т
(6)
(7)
(8)
где (+) - в границах от т0 до Т/4 ; (-) - в границах от Т/4 до (Т/2 — т0).
2п
2пє 2п , т
V, +-------008 Т± —
1 т т
^ . 2п ґ \
Ртах • 8ІП^(Т~Т0 І'
0082г{т-то)~^т~ х)v
'8Іп2 )-{м- х)2
(9)
Р
2
и, обозначив через
. . 1 [ 2пе 2п
у{т) = -1 V1 +— с°8т~т
(10)
получим
^т- X)2(і + ^2(т))
(^-х)' 8Іп^—(т-т0 ) + Tv Т
• 2 4п / ч 8ІП Т (т-т0 )-
(11)
2п,
-^2(Т) Рах ' 8ІП2^-(Т-Т0 ) = 0
Т
О п / /р /"р
При к =---------- с учетом того, что ~ 0 и шах = шах
Ту /v Ту 4е
0 , уравнение (11) примет вид
X = VI
, 2п . 2п і ч
ЬРтах008Т Т' 8Шу Т-Т0 )
(12)
Подставляя выражение (12) в формулу (8), получим уравнения кривых К + в пределах границ от т0 до Т/ 4 и К —— в пределах границ от Т/ 4 до (Т/ 2 — т0) (рис. 2):
X = VI-
, 2п . 2п / ч
кРтах°08Т Т' 8Шу ^Т-Т0 ) ^1 + к2 0082 Тт
(13)
. 2п .
у = V1T + Є • 8ІП “т“ Т ±
или, произведя упрощения
, 9 9 9 2п . 9 2п / Ч
Птт к Ртах • 008 --Т' 8ІП ---(т-т0)
2 . 22п \ Т Т
Ртах ' 8ІП Т (Т-Т0 )------Т
. , 2 2 2П
1 + к 008 — т Т
(14)
т 2п . 2п / \
кРтах 008 ~ Т ' 8ІП — (Т - Т0 )
X = VI
Т
т
11 + к2 0082 2Пт
• 2п / ч
2п Ртах ' 8ІП Т ('Т-Т0 )
у = V1Т + Є • 8ІП Т±—,
1 т г- 2П
1 + к 008 — т
т
(15)
Уравнения кривых К — в пределах границ от т0 до Т/4 и К в пределах границ от Т/4 до Т 2 — То) имеют вид
х = УТ
2п
і — \ . 2П
у = ^т+(є + Ртах )8ІП — т
т
где (—) - для кривой К —; (+) - для кривой К .
0
2
Используя формулу для вычисления площади криволинейной трапеции в случае кривой, задан-
92
ной параметрически Q = | у(т) • x(т)dт определим площадь микролунки за период осцилляции ин-
91
струмента, как
f = Ок+ — Qк — + ОК +— ОК—,
(17)
где Qк и Qк - площади криволинейных трапеций, заключенных между осью OX и кривыми К + и К в пределах от т0 до (Т/2 — Т0); Qк и Qк - площади криволинейных трапеций, заключенных ду осью OX и кривыми К_ и К в пределах от т0 до (Т/2 — Т0).
+
меж-
При этом
2п /■ ч
, 2П Ршах ^ 81П у (Т — Т0 )
Л
У1Т + е • 81П-----------Т +
1 + к 2С082—Т
х | V — 2пкРшах X
X
т 2 2 2п ^ 2п \ 12' 2п 2 2п . 2п / \
11 + к С08 у Т I • С08 — (2т —Т0 )+ к 81П у Т- С08 — Т- 81П (т — Т0 )
1 + к2 С082 —т
dт
2
Ок* = I
. 2п У,Т + е • 81П--------------т —
1 Т
2п / \
Ртах • В1П Т 1Т —Т0 )
1 + к2 С082—Т
Т
\
х | V — 2пршах х
X
, , 2 2 2п ^ 2п ч . 2 2п 2 2п . 2п / ч
1 + к С08 ---Т | • С08---------------------------(2т —т0)+ к 81П-Т-С08 -Т-81П— (т —т0)
Т
Т
Т
Т
Т
1 + к2 С082
2п v2 Т Т
dт
Ок — = У |
Т0
Т
—т
2
0К+ =У |
dт
dт
(18)
(19)
(20)
(21)
т
Т
—т
0
Решение полученных интегралов позволяет определить площадь микролунки за период осцилляции инструмента.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шнейдер Ю.Г. Образование регулярных микрорельефов на деталях и их эксплуатационные свойства / Ю.Г. Шнейдер. Л.: Машиностроение, 1972. 240 с.
2. Пат. РФ № 96810 Устройство для вибрационной обработки поверхностей / Б.С. Орлов, Д.В. Черепанов, А.А. Скрипкин, Н.В. Ермольчева. Бюл. № 23, 20.08.2010.
3. Орлов Б.С. Определение опорной поверхности при дискретном вибрационном резании / Б.С. Орлов, А.А. Скрипкин, Н.В. Ермольчева // Авиационная промышленность. 2009. №3. С. 28-30.
Ермольчева Надежда Викторовна -
аспирант кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета
Королев Альберт Викторович -
доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета
Орлов Борис Степанович -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Приборостроение» Саратовского государственного технического университета
Родионов Игорь Владимирович -
доктор технических наук, профессор кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета
Статья п
Nadezhda V. Ermolcheva -
post-graduate faculty «Technology of mechanical engineering» Saratov State Technical University
Albert V. Korolev -
doctor of technical sciences, professor, head. Department «Technology of mechanical engineering» Saratov State Technical University
Boris S. Orlov -
Candidate of technical sciences, the senior lecturer of chair «Priborostroenie»
Saratov State Technical University
Igor V. Rodionov -
doctor of technical sciences, professor of «Technology of mechanical engineering» Saratov State Technical University
в редакцию 13.05.2011, принята к опубликованию 24.06.2011
УДК 629.113.004.67
А.С. Денисов, Б.Ф. Тугушев, Е.Ю. Горшенина АНАЛИЗ НАПРЯЖЕНИЙ ВТОРОГО РОДА В КОЛЕНЧАТОМ ВАЛЕ, ВОССТАНОВЛЕННОМ НАПЛАВОЧНЫМИ МЕТАЛЛОПОКРЫТИЯМИ
Проведена оценка остаточных напряжений 2-го рода различных металлопокрытий. Представлены математические зависимости и сделаны соответствующие выводы.
Коленчатый вал, наплавка, остаточные напряжения 2-го рода A.S. Denisov, B.F. Tugushev, E.Yu. Gorshenina
STRESS ANALYSIS OF THE SECOND KIND IN THE CRANKSHFT,
THE RESTORATION OF SURFACING METAL COATING
The estimation of residual stress of the 2nd kind of different metal coatings. The mathematical dependence and draw appropriate conclusions.
Crankshaft, welding-up, residual stresses of the 2nd kind
Предельные износы 85% деталей не превышают 0,3 мм, причем многие из них имеют остаточные ресурсы 60% и более и только 20% деталей автомобилей и тракторов, поступающих в ремонт, подлежат окончательной выбраковке. Остальные можно восстановить, причем себестоимость восстановления составит 15...70% от себестоимости изготовления [1].
