Основы управляющего воздействия на технологические процессы механической обработки материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Секция механики

УДК 621.92+669:539.67

В.И. Бутенко, Д.С. Дуров, В.В. Гончаренко, В.И. Косов ОСНОВЫ УПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Важнейшим направлением современного машиностроения является повышение работоспособности деталей машин за счёт совершенствования процессов получения и обработки материалов [1-3]. При этом особую значимость приобретают эксплуатационно-технологические воздействия на процессы формирования качественного состояния поверхностного слоя деталей на любых стадиях <жизненного» пути изделия [4]. Так, весьма перспективным является вибрационное резание [5], подача в зону обработки ультразвуковых колебаний [6], нагрев снимаемого слоя металла факелом пламени [7], механическая обработка металлов с наложенными напряжениями, создание магнитных полей в зоне обработки [8, 9] и другие способы.

Современное состояние материаловедения и технологии машиностроения указывает на необходимость разработки новых подходов к решению вопросов формирования поверхностного слоя деталей, базирующихся на универсальных законах развития природы, т.е. на самоорганизации [10] и избирательного перено-[11].

При исследовании современными физико-химическими методами механизма избирательного переноса в модельных трибосистемах установлено, что самоорганизация при формировании сервовитной плёнки в процессе перехода исследованных систем в режим безызносности происходит с участием металлических кластеров с размерами не более 10-7 м. Возникло новое направление в машиностроении -, -

фективного управляющего воздействия на технологические процессы механической обработки материалов. Например, установлено, что управляющими параметрами самоорганизации при использовании в составе смазки кластеров металлов в условиях жидкодинамического трения является градиент скорости, а при граничном трении - градиент концентрации ионов электролита в слоях смазки, непосредственно прилегающих к зоне контакта. Одновременно предложены физические модели для обоснования эффективности кластеров меди при самоорганизации в условиях гидродинамического и граничного трения, а также при переходе в режим . -

ально новых путей повышения стойкости инструмента при резании труднообраба-, -

.

обработки для создания наноструктурных плёнок на режущих кромках инструмента и обработанной поверхности детали представлена на рис. 1.

В соответствии с представленной схемой резания формирование сервовитной плёнки на режущих кромках инструмента и обработанной поверхности детали при

переходе от граничного трения к избирательному переносу и состоянию безызнос-ности может быть представлено в виде следующей последовательности реакций:

----> А + Ве—АВе—АВ + е--------------------->, (1)

где А - поверхность трения; Ве - дисперсная фаза металлических кластеров, коагулирующих на поверхности трущихся тел вместе с адсорбированными молекулами и ионами электролита е дисперсионной среды; АВе - коагуляционная структура свежего осадка кластеров металла на поверхности, содержащая в своём составе ; - - , -вращается коагуляционная структура, представляющая собой формирующуюся сервовитную металлическую плёнку, из которой под действием трения удалены молекулы и ионы электролита; К1, К2 - константы скоростей химических реакций.

------------о о------------

+ -

Рис.1. Схема резания металлов с управляющий воздействием на зону обработки:

1 - обрабатываемая деталь; 2 - инструмент; 3 - сопло для подачи СОЖ -электролита в зону обработки

Эффект создания управляемой нанометрической плёнки из кластеров металла , .

Для практической реализации предлагаемого управляющего воздействия на процесс резания металлов необходимо провести комплекс теоретикоэкспериментальных исследований по оптимизации составов СОЖ-электролитов и плотности тока в зависимости от обрабатываемого материала, режимов резания и . -кости металлорежущего инструмента и показателей качества получаемого поверхностного слоя от толщины образующегося нанометрического слоя и размеров кла-.

, -

верхностного слоя обработанной детали [10], но и параметры нанометрического , .

На рис. 2 в общем виде представлена схема основных направлений создания управляющего воздействия на технологические процессы механической обработки материалов. Среди этих направлений наиболее перспективным и высокоэффектив-

, ,

кластеров различных металлов, обеспечивающих эффект избирательного переноса или режим безызносности. В этом направлении большой научный интерес представляет разработка физических моделей для обоснования эффективности кластеров металла в зоне обработки при самоорганизации в условиях гидродинамическо-

го и граничного трения, соприкосновения ювенильных поверхностей, а также при переходе в режим безызносного трения.

Управляющие воздействия

Рис. 2. Схема основных направлений создания управляющего воздействия на технологические процессы механической обработки материалов

Перспективным направлением повышения обрабатываемости конструкционных материалов резанием является предварительное диспергирование структуры сталей и сплавов, которое может быть осуществлено созданием в зоне обработки условий для протекания управляемых трибохимических реакций. Если условно обозначить через Ме обрабатываемый материал, то в случае подачи в зону резания -

следующие трибохимические реакции [2]:

—Уу>2ИЯ + 2Н20 К1 >2[НИЯ]+ + Ме. 2 'Ме(()Н)2 + 2[НИЯ]+ + 2е —^,(2)

К3

где Уа, Уг - начальные и конечные свойства системы;

Я - образующийся процессе деструкции органического вещества радикал;

К1, К2, К3 - некоторые константы прямых и обратных трибохимических реак-

;

[НЛЯ]+ - образующийся реакционноспособный макрорадикал; е - свободный электрон.

Образование в зоне обработки реакционноспособных макрорадикалов и свободных электронов даёт возможность направленно воздействовать на структурные связи между кристаллами, создавая в нём микроканалы, разрушающие связи между , . резания и температура, что существенно повышает стойкость инструмента и создаёт предпосылки для увеличения скорости резания и подачи. Такая обработка с управляющим воздействием на структуру обрабатываемого материала особенно эффективна при резании жаропрочных, хромоникелевых сталей и титановых сплавов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бутенко В.К Нелинейность процессов при обработке металлов резанием. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2001. - 224 с.

2. Бутенко В.И. Износ деталей трибосистем. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2002. - 236 с.

3. Бут енко В.И. Высокопрочные и сверхпрочны е состояния металлов и сплавов. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2003. - 219 с.

4. Кулинский А.Д., Бутенко В.К Современные представления о надёжности и качестве деталей и способах их обеспечения. Учебное пособие. - Таганрог-Ейск: Изд-во ТРТУ, 2002. - 159 с.

5. Сергиев А.П., Волошин С.В., Швачкин Е.Г. Вибрационное резание стали 110Г13Л //

. 2002, 12. - . 50-52.

6. Подураев В.Н. Обработка резанием с вибрациями. - М.: Машиностроение, 1970. 351 с.

7. . ., . . -

/ .: -

мы определения технологических условий обработки по заданным показателям качества изделий. Материалы Российской научно-технической конференции. - Рыбинск, 2003. -С. 115-118.

8. Бут енко В. И. Комбинированные способы обработки стали в магнитном поле / Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «Современные проблемы машиностроения и технический прогресс». - Донецк, 1996. - С. 33.

9. . . // ,

- Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1997. № 1. - С. 159.

10. . . -

. - : - , 2000. - 168 .

11. . ., . ., . . -ния. - М.: Транспорт, 1969. - 104 с.

УДК 621.833.6

АД. Захарченко ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ В ГИБКОМ КОЛЕСЕ (ОБОЛОЧКЕ) ВОЛНОВОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

В большинстве случаев гибкое колесо волновой зубчатой оболочки представляет собой тонкостенную цилиндрическую оболочку без дна (цилиндр) или с дном ( ) . -пряженного и деформированного состояния такой конструкции обычно ведут по моментной или полубезмоментной теории оболочек.

Моментная теория основана на гипотезах Кирхгофа Ляве, и она учитывает все силовые факторы. Однако интегрирование дифференциальных уравнений моментной теории оболочек является довольно сложной задачей и на практике для решения частных задач часто используют приближенные теории.

В данной работе задача решалась по моментной теории в перемещениях. На специальной установке экспериментальным путем замеряли радиальные перемещения гибкого колеса под зубчатым венцом и получали зависимость

Ж = Ж (р)

при различных формах деформирования гибкого колеса и величине нагрузки.

Система дифференциальных уравнений в частных производных относительно и, V, W представлена следующим образом:

Э2 1 _и д

-+ ^

2

,1±и._д2^ _идК+я 21 -и

2

д£2 2 дв2) 2 д$в д{ ЕН