CC BY
24
2. При входном контроле соединительных деталей необходимо выполнять измерения радиусов сопрягаемых поверхностей деталей и трубных заготовок с последующей оценкой и подгонкой размеров сопрягаемой части трубы.
3. Необходим входной контроль электрических параметров нагревательного элемента и их сравнение с паспортными данными.
Библиографический список
1. Соколов, В. А. Сварка полиэтиленовых газопроводов с применением фитингов с закладными нагревателями / В. А. Соколов, Е. Л Бондаренко//Омский научный вестник. — 2009. — №1(77). — С. 43-45.
2. Соколов, В. А. Вопросы оценки качества сварки полиэтиленовых труб с применением муфт с закладными нагревателями / В. А. Соколов, М. А. Красников // Трубопроводы и экология. -2004. - №2. - С. 7-8.
СОКОЛОВ Валерий Алексеевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры Оборудования и технологии сварочного производства. МИРОШНИЧЕНКО Оксана Михайловна, студентка 2-го курса магистратуры по направлению 150400.68.06 Оборудование и технология сварочного производства. Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.
Статья поступила в редакцию 31.03.2011г. © В. А. Соколов, О. М. Мирошниченко
Д. В. СТЛРШЕВ
Ижевский государственный техническим университет. Филиал в г. Воткинске
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМА ОХЛАЖДЕНИЯ ПРИ ШЛИФОВАНИИ НА СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛИ
Показано, что в процессе шлифования на свойства поверхностного слоя обрабатываемой заготовки существенное влияние оказывает характер охлаждения. Приведены графики зависимости твердости поверхностного слоя заготовки от скорости охлаждения. Представлен график экспериментальных исследований изменения температуры в процессе шлифования. Предложен метод управления свойствами поверхностного слоя шлифуемых поверхностей.
Ключевые слова: шлифование, охлаждение, температура, твердость.
Процесс шлифования характеризуется возникновением высоких температур в зоне резания, способствующих появлению тепловых дефектов на обрабатываемых поверхностях, снижающих эксплуатационные показатели деталей.
Одним из методов снижения теплонапряженно-сти процесса является использование охлаждения [ 1 ]. Однако охлаждение способно не только снизить температуру в зоне резания, но и повлиять на физико-механические свойства поверхностных слоев. В связи с этим проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния характера охлаждения на свойства обработанных поверхностей.
В процессе охлаждения при шлифовании охлаждающие среды, во-первых, изменяют свое состояние вследствие повышения температуры. Во-вторых, наблюдается протекание физико-химических процессов, связанных с испарением среды и изменением механизма процесса охлаждения. В соответствии с этим охлаждающие среды могут быть разделены на две группы.
Для первой группы процесс охлаждения оказывается неизменным от начала до конца. При охлаждении изменяются только температуры поверхности заготовки и среды и, вследствие этого, теплофизиче-ские характеристики процесса. Процесс охлаждения описывается плавной кривой (рис. 1) и подчиняется уравнению [2]:
1 = 1н-ек< (1)
где £ — температура в момент времени г; — разность между температурами заготовки и среды в начальный момент; к — постоянная, определяемая размерами и формой заготовки, свойствами металла и охлаждающей среды.
Кривая (рис. 1), описываемая уравнением (1), относится к охлаждению в газовой среде (на воздухе), и во всех случаях, когда при контакте (среда-заготовка) не изменяется агрегатное состояние среды.
Вторая группа характеризуется изменением агрегатного состояния среды в связи с кипением (рис. 2).
Образование паровой пленки в момент взаимодействия СОТС с поверхностью резания вызывает замедленное охлаждение вследствие малой скорости теплоотвода (стадияпленочного кипения). Разрушение
/
К
Время т Рис. 1. Охлаждение в средах первой группы
Поток СОТС Г^
Рис. 2. Стадии охлаждения при шлифовании
Температура в зоне шлифования СС Рис. 3. Влияние температуры нагрева на скорость охлаждения в СОТС (2%-иый раствор соды в воде)
паровой пленки приводит к контакту отдельных объемов охлаждающей жидкости с нагретой поверхностью заготовки; при этом жидкость испаряется. Испарение непрерывно подающихся к охлаждаемой поверхности объемов жидкости (пузырьков) связано с поглощением скрытой теплоты испарения и приводит к интенсивному охлаждению (стадия пузырькового кипения).
При понижении температуры охлаждаемой поверхности заготовки начинается третья стадия — конвективного теплообмена, которая также характеризуется замедленным охлаждением.
Классическое описание процессов охлаждения осуществляется с помощью уравнений математической физики [3]. В общем виде изменение температурного поля описывается дифференциальным уравнением теплопроводности (уравнением Фурье):
Л ¿4 Л
-7 +-Т+-Т
ах1 а/ <ьг
где < — температура; г — время; а температуропроводности.
Для решения уравнения (2) необходимо задать краевые условия: начальное распределение температуры внутри заготовки и закон теплообмена между поверхностью заготовки и охлаждающей средой.
Тогда для обрабатываемой заготовки:
0=1-Х(-1 г
14¥о 2 4¥о
(3)
(2)
коэффициент
здесь 0 — температурный критерий (относительная температура в данной точке и в определенное время); £=хЛ (зона контакта), я — толщина исследуемого поверхностного слоя; Ро=(а-т)/Я2 — критерий Фурье, где а=Л/(Ср-у) — коэффициент температуропроводности; (X — коэффициент теплопроводности; Ср — теплоемкость; у — удельная плотность).
На скорость охлаждения существенное влияние оказывает температура нагрева обрабатываемой поверхности (рис. 3).
В связи с небольшой длительностью воздействия шлифовального круга с единицей площади поверхности заготовки и резким охлаждением, теплота не успевает распространиться на большую глубину, в связи с чем, глубина слоя с измененной структурой материала
о
со >
Рис. 4. Связь между твердостью стали после шлифования и скоростью охлаждения по результатам пробы на прокаливаемость
оказывается очень малой. Однако ее следует учитывать, так как она оказывает существенное влияние на долговечность изготавливаемой продукции.
Наиболее отдаленные от обрабатываемой поверхности слои нагреваются до меньших значений температур, в связи с чем, уменьшается и скорость их охлаждения (рис. 4). С уменьшением скорости охлаждения снижается твердость рассматриваемого слоя материала заготовки.
Режим охлаждения при шлифовании должен, прежде всего, обеспечить необходимую глубину про-каливаемости. С другой стороны, режим охлаждения должен быть таким, чтобы не возникали чрезмерные закалочные напряжения, приводящие к короблению изделия и образованию микротрещин.
Суммарные закалочные напряжения растут с увеличением температуры нагрева и с повышением скорости охлаждения, так как в обоих этих случаях возрастает перепад температур по сечению заготовки. Увеличение перепада температур приводит к росту термических и структурных напряжений.
От неправильного прохождения термических процессов при шлифовании в заготовке могут возникнуть различные тепловые дефекты.
Определить температуру нагревания, время выдержки и скорость охлаждения в процессе шлифования можно при помощи полуискусственной термопары. Исследуемая термопара устанавливается в тиски ста-
350 300
О
\ 250 100 150
1.558 1.56 1,562 1.564 1,566 1.568 Т. sec
Рис. 5. Осциллограмма изменения температуры в процессе шлифования прерывистым кругом
нка, включается подача стола. За время прохождения термопары через зону резания при разной величине подачи измеряются параметры температуры, такие как время нагрева, выдержка при данной температуре, скорость охлаждения после выхода термопары из зоны резания. Получаемые при этом результаты имеют вид, представленный на рис. 5.
По температуре нагрева, времени выдержки и скорости охлаждения для любого обрабатываемого материала по справочным таблицам можно определить получаемую в процессе обработки твердость, и глубину распространения остаточных напряжений. Изменяя режимы резания можно управлять скоростью протекания и характером тепловых процессов, сопровождающих шлифование.
Таким образом, зная закон изменения температуры обрабатываемой поверхности во времени, за счет регулирования режимами обработки, на основании графика, получаемого при помощи термопары можно управлять физико-механическими свойствами поверхностного слоя обрабатываемой заготовки.
Библиографический список
1. Смазочно - охлаждающие средства, применяемые при шлифовании / Под редакцией Л. В. Худобина. — М. : Машиностроение, 1971. —214 с.
2. Термическая обработка в машиностроении: справочник / Под ред. Ю. М. Лахтина, А. Г. Рахштадта. — М. : Машиностроение, 1980. — 783 с.
3. Самохоцкий, А. И. Технология термической обработки металлов / А. И. Самохоцкий, Н. Г. Парфеновская. — Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: «Машиностроение», 1976. — 311 с.
СТАРШЕВ Денис Владимирович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры технической механики.
Адрес для переписки: e-mail: starshev@mail.ru
Статья поступила в редакцию 08.12.2010 г. © Д. В. Старшее
