Теплофизические особенности процесса магнитно-электрического шлифования газотермических защитных покрытий Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ботка металлов давлением: сб. науч. тр. Вып. XVIII / Жда-новский металлургический институт; под ред. Д. И. Стар-ченко. - М.: Металлургия, 1969. - С. 5-15.

5. Тарновский, И. Я. Продольная прокатка профилей переменного сечения / И. Я. Тарновский, В. К. Смирнов, С. Л. Коцарь. - М.: Металлургиздат, 1962. - 366 с.

6. Смольянинов, А. Ф. Обработка металлов давлением / А. Ф. Смольянинов, Г. Л. Лебедик, В. С. Лихан-

ский // ДМетИ. науч. тр. Металлургия. - 1967. - № 53. -С. 255-262.

7. Периодические профили продольной прокатки (оборудование и технология) / Н. М. Воронцов [и др.]. -М.: Металлургия, 1978. - 232 с.

Поступила 21.11.2007

УДК 621.9.048.4.06

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА МАГНИТНО-ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ШЛИФОВАНИЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

Докт. техн. наук, проф. СПИРИДОНОВ Н. В., асп. НЕРОДА М. В., инж. СОКОРОВ И. О.

Белорусский национальный технический университет, Барановичский государственный университет

Развитие технологии восстановления поверхностей деталей машин газотермическими защитными покрытиями, обладающими высокой прочностью, твердостью и малой вязкостью, существенно повышает роль шлифования для их обработки.

Магнитно-электрическое шлифование (МЭШ) представляет собой способ комбинированной электрофизической обработки, при котором производится совмещение микрорезания абразивными зернами с электроконтактными и электроэрозионными воздействиями на обрабатываемую поверхность при наложении на зону обработки магнитного поля [1].

При обработке поверхность материала подвергается значительным температурным воздействиям. От степени нагрева металла, характера распределения теплоты и деформаций обрабатываемого поверхностного слоя зависят структурные и фазовые превращения, физико-механические и эксплуатационные свойства поверхности. Кроме того, от интенсивности протекания тепловых процессов в зоне резания зависят производительность шлифования и ка-

чество поверхностного слоя металла. При обработке упрочненных поверхностей возможны изменение физико-механических свойств материала, потеря твердости, отслоение твердого покрытия, прижоги, образование шлифовочных трещин и т. д.

Из сказанного выше следует, что необходимо выявить и исследовать термические зоны МЭШ, а также определить влияние технологических факторов МЭШ на теплообразование в зоне обработки.

Известно, что на теплообразование в зоне МЭШ влияет ряд регулируемых переменных [1]:

• механическая энергия микрорезания, сдвига и трения;

• сопротивление контактной зоны и материала покрытия;

• время воздействия технологического тока;

• мощность микроразрядов;

• глубина шлифования;

• скорость на периферии токопроводящего абразивного круга;

• влияние внешнего магнитного поля на технологический ток и расплав.

При МЭШ на обрабатываемой поверхности можно выделить три термические зоны (рис. 1).

0( х, у) = —1= exp

УУ

Рис. 1. Термические зоны на поверхности обработки при МЭШ

Первая зона - это зона до обработки. Она характеризуется температурой окружающей среды и термическим влиянием зоны 2.

Вторая зона - это непосредственно зона обработки. Характеризуется термическим влиянием технологического тока, сил трения, магнитной индукции и т. д.

Третья зона - это зона после обработки. Характеризуется процессом охлаждения, конвективным теплообменом между поверхностью детали и окружающей средой, а также полиморфными превращениями в поверхностном слое детали.

Источником теплоты является зона 2 (рис. 1), представляющая собой одномерный движущийся со скоростью V источник интенсивностью q и длиной Ь (рис. 2) [2].

Рис. 2. Движущийся одномерный источник теплоты

Температура в точке М с координатами (х, у) определяется в этом случае по формуле [2]

пх\

4м>х

(1)

где q - интенсивность источника теплоты, кал/(смс); ^ - коэффициент температуропроводности материала заготовки, см /с; X - то же теплопроводности, кал/(смс°С); V - скорость движения источника теплоты (продольная подача), мм/мин; х, у - координаты точки, в которой определяется температура, см.

Обработка образцов проводилась на экспериментальной установке НГФ-100 за один проход. Инструментом являлся токопроводящий абразивный круг марки 1111250*25x32 -5С25СТ6КАЛ.

Образцами служили плоские и цилиндрические образцы с защитным газотермическим покрытием из порошкового сплава ПГ-СР 4 0М толщиной 0,5 мм. Измерение температуры производили пирометром Иау^ег МХ4 в точке, указанной на рис. 3. Температура окружающей среды, при которой проводилось измерение, Т = 20 °С.

Точка измерения температуры

ПГ-СР 4 0М

Рис. 3. Схема измерения температуры

В табл. 1 приведены значения технологических факторов МЭШ, при которых измерялась температура.

Таблица 1

Значения технологических факторов МЭШ, при которых исследовалась температура

Технологический ток I, А Магнитная индукция В, Тл Скорость на периферии круга V, м/с Продольная подача Б, мм/мин Глубина резания 1, мм

2,5 0,05 8,4 396 0,05

5 0,1 13,2 681,6 0,075

10 0,2 21 750 0,1

15 0,3 33,6 936 0,15

Результаты измерений приведены ниже в табл. 2-6.

Таблица 2

Изменение температуры от технологического тока

Таблица 3

Зависимость температуры от изменения магнитной индукции

Таблица 4

Зависимость температуры от изменения продольной подачи

Таблица 5

Зависимость температуры от изменения скорости на периферии круга

Из анализа полученных данных видно, что с увеличением технологического тока I от 2,5 до 15 А температура в зоне обработки возрастала от 74 до 109 °С. Это объясняется большой мощностью электрических разрядов в зоне об-

работки и термическим влиянием образующихся в процессе резания электроконтактных мостиков.

Таблица 6

Зависимость температуры от изменения глубины резания

мм Температура Т, °С, в точке Постоянные технологические факторы

I, А V, м/с Б, мм/мин

0,050 91 10 33,6 750

0,075 128 10 33,6 750

0,10 98 10 33,6 750

0,125 102 10 33,6 750

Температурный всплеск происходил за достаточно короткий промежуток времени, далее температура начинала медленно падать в связи с удалением части припуска.

Наличие резких изменений в значениях температуры объясняется биением токопрово-дящего абразивного круга, а также нестабильностью электрических разрядов, связанных с изменением сопротивления цепи технологического тока.

Анализ данных эксперимента показывает, что остывание обрабатываемой поверхности образцов происходит интенсивнее с наложением на зону обработки МЭШ магнитного поля. Это объясняется тем, что происходит ускорение выброса продуктов эрозии и расплава из зоны шлифования за счет действия электромагнитной силы.

С увеличением продольной подачи S, мм/мин, время действия электрофизических и кинематических режимов на поверхность уменьшается. Следовательно, количество теплоты, передаваемое поверхности, также уменьшается. Повышение температуры покрытия происходит скачкообразно за короткий промежуток времени. При увеличении числа проходов температура растет до определенного значения, а затем начинает падать, так как происходит удаление слоя материала покрытия.

При повышении окружной скорости на периферии токопроводящего круга мощность в зоне обработки уменьшается, но температура растет за счет механической энергии микрорезания, сдвига и трения.

С увеличением глубины шлифования реализуются большие мощности в межэлектродном

I, А Температура Т, °С, в точке Постоянные технологические факторы

S, мм/мин 1, мм V, м/с

2,5 74 396 0,075 33,6

5,0 87,5 396 0,075 33,6

10 105 396 0,075 33,6

15 109 396 0,075 33,6

В, Тл Температура Т, °С, в точке Постоянные технологические факторы

I, А ^ мм V, м/с

0,1 52 5 0,05 33,6

0,2 58 5 0,05 33,6

0,3 37 5 0,05 33,6

0,4 39 5 0,05 33,6

S, мм/мин Температура Т, °С, в точке Постоянные технологические факторы

I, А мм V, м/с

396,0 39,53 15 0,075 33,6

681,6 33,5 15 0,075 33,6

750,0 31,2 15 0,075 33,6

936,0 3,1 15 0,075 33,6

V, м/с Температура Т, °С, в точке Постоянные технологические факторы

I, А мм S, мм/мин

8,40 36 10 0,075 750

13,2 93 10 0,075 750

21,0 106 10 0,075 750

33,6 120 10 0,075 750

пространстве. Площадь контакта зерен токо-проводящего абразивного круга с обрабатываемой поверхностью увеличивается. Количество контактных мостиков увеличивается, температура при этом возрастает.

В Ы В О Д Ы

1. Получены зависимости температуры Т от технологических факторов МЭШ (I, В, Б, t, V).

2. Установлено наличие термических зон МЭШ.

3. Выделение теплоты в зоне обработки МЭШ происходит в основном за счет влияния технологического тока. Действие технологических параметров МЭШ на температуру в зоне обработки можно расположить в следующем порядке: I ^ t ^ V ^ Б ^ В.

4. Изменение температуры в зоне МЭШ оказывает влияние на производительность процесса МЭШ и качество поверхностного слоя покрытия.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Дмитриченко, Э. И. Роль режимов магнитно-электрического шлифования на теплообразование в зоне контакта / Э. И. Дмитриченко // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы междунар. науч.-техн. конф.: в 3 ч. / М-во образования Респ. Беларусь, М-во образования и науки Рос. Федерации, Моги-левский облисполком., Нац. акад. наук Беларуси, Бел.-Рос. ун-т; редкол.: И. С. Сазонов (гл. ред.) [и др.]. - Могилев: Бел.-Рос. ун-т, 2006. - Ч. 1. - С. 50-51.

2. Резников, А. Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов / А. Н. Резников. - М.: Машиностроение, 1981. - 279 с.

Поступила 10.10.2007

УДК 621.225.7

УСТОЙЧИВОСТЬ РОТОРА АКСИАЛЬНО-ПОРШНЕВОЙ ГИДРОМАШИНЫ

Асп. МАКОВСКИЙ М. А., докт. техн. наук, проф. ШЕВЧЕНКО B. C., канд. техн. наук, доц. КОРОЛЬКЕВИЧА. В.

Объединенный институт машиностроения НАН Беларуси

Мощность гидромашины определяется по известной формуле

N=рУ0п,

где р - рабочее давление; У0 - рабочий объем гидромашины; п - частота вращения вала гидромашины.

Повышение давления ограничивается такими факторами, как долговечность, надежность, КПД, прочность, динамическая нагруженность и др. Увеличение рабочего объема влечет рост габаритов, веса, стоимости.

Увеличение частоты вращения приводит к таким негативным явлениям, как:

• неустойчивость ротора, т. е. полная потеря герметичности гидромашины из-за отрыва блока цилиндров от распределителя;

• увеличение скорости движения рабочей жидкости в окнах распределителя из-за повышения расхода и окружной скорости ротора;

• снижение КПД из-за более интенсивного перемешивания рабочей жидкости в корпусе гидромашины.

Расход рабочей жидкости в системе определяется насосом. Окружная скорость ротора в зоне распределителя может быть снижена за счет уменьшения его радиуса. В случае применения плоских распределителей такое уменьшение приводит к тому, что результирующий вектор сил прижима и отжима ротора находится на значительном расстоянии от оси вращения ротора и зазор в паре «ротор - распределительный диск» становится клиновым, что существенно уменьшает долговечность пары