CC BY
8КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Ra, мм
0,16 0,12 0,08 0,04 0
|vkp«; t = 0.2f >0 м/с ¿M у г"1
J У у Г f'■-
Г
Я„,
мкм 0,16
0,12
0,08
0,04
VKP = Vd = 20м/с м/мин J У
J У S /
- „
Ra.
МКМ 0,16
0,12
0,08
0,04
0
Vd = 1 t = 02 М'МИН мм
ч "ч >ч
—» — — ..
Vd, м/мин
0,1 0,2 0,3 0,4 t, мм
10 15 20 25 VKp, м/с
Рис. 2. Зависимость высоты микронеровностей Ra от а - скорости детали, б - глубины резания, в - скорости круга при шлифовании стали 4Х5М с охлаждением Сплошные линии - алмазное планетарное устройство: наружный круг 6А2 250x32x25 АС6 100/80 М1-01 4, внутренние круги 6А2 63x20x14 АС6 125/100 М2-01 4; штриховые линии - сплошной круг 6Л2 150x32x40 АС6 100/80-М04-4
ном шлифовании наблюдается более интенсивное сглаживание вершин микронеровностей. Это подтверждается и профилограммами обработанных поверхностей (рис. 3).
б
Рис 3. Профилограммы обработанных поверхностей: а - алмазное планетарное устройство Ра= 0,08; б - сплошной инструмент 0,2. Горизонтальное увеличение х50, вертикальное х800
Анализ профилограмм показывает, что геометрические высотные характеристики шероховатости при планетарном шлифовании с подачей СОЖ в зону резания значительно лучше, чем при шлифовании сплошным кругом: увеличиваются радиусы закругления вершин микронеровностей, уменьшаются углы наклона профиля, неровности с~ано-вятся более однородными. При повышении скорости более чем 30 м/с наблюдается значительная неоднородность высоты шероховатости, засаливание режущей поверхности круга и появление вибрации.
Таким образом, применение нового планетарного
устройства для обработки плоских поверхностей с подачей СОЖ непосредственно в зону резания содействует более полному использованию режущей способности зерен шлифовальных кругов, за счет этого снижается шероховатость, значительно улучшается микрорельеф, следовательно, повышается точность и качество обрабатываемой повеэхности детали, что способствует повышению технико-экономических показателей их деталей.
Список литературы
1. Патент РФ на изобретение № 2220039 / МПК 7 В 24 В 7/00, 41/047 Устройство для абразивной обработки плоских поверхностей / Свитковский Ф.Ю., Иванова Т.Н., Варламов П.М., Кузнецов А.Ю., Люпа Д.С. /Россия/ заявл. 28.02.2002, опуэл. 27.12.2003. Бюл. № 36.
2. Люпа Д.С., Иванова Т.Н. и др. Влияние процесса торцового шлифования на качество обрабатываемых плоских поверхностей и надежность их технологического обеспечения// Сб. тр. межд. научно-техн. конф. «Актуальные проблемы надежности технологических энергетических и транспортных машин», посвящ. 90-летию Самарского гос. техн. ун-та, ноябрь 2003 г., в 2-х т. - М.: Машиностроение, 2003. - том 2. - С. 204-209.
Влияние высокоскоростного нагрева на однородность структуры поверхностных слоев углеродистых сталей*
Создание новых машиностроительных материалов и улучшение их качества является одной из ключевых проблем современного материаловедения. Постоянное ужесточение требований, предъявляемых к материалам, эксплуатируемым о агрессивных средах, вакууме, при высокой температуре и других экстремальных условиях, ставит пеэед специалистами трудноразрешимые задачи. При эксплуатации многих деталей машин и элементов конструкций важную роль выполняют поверхностные спои. Именно они ответственны за износостойкость, коррозионную стойкость и ряд других важных физико-механических
" Статья подготовлена по результатам исследований по проекту 2005-РИ-16.0/024/023 в рамках программы 1.6 ФЦНТП
Л. И. ТУШИНСКИЙ, профессор, доктор техн. наук, Е.А. БАТАЕВА, аспирант, НГТУ, г. Новосибирск
характеристик, определяющих поведение изделий в различных условиях эксплуатации. Путем управления структурой и свойствами основного металла и поверхностных слоев можно добиться расширения возможностей применения изделий е различных областях промышленного производства [1-2]
Модифицирование поверхностных слоев с помощью высокоэнергетических пучков является одним из перспективных методов упрочнения металлов и сплавов. Использование в качестве упрочняющей технологии вневакуумной электронно-лучевой обработки (ВЭЛО) позволяет существенно изменять структурно-фазовое состояние поверхностных слоев, в результате чего металлы и сплавы
№4(29)2005 29
ORPAROTKA MFTAflflOR
КАЧЕСТВО ПОВЕРХНОСТИ
приобретают в локальных объемах свойства, недостижимые при традиционных методах обработки [3-4].
Цель работы заключается в выявлении влияния исходного состояния на однородность структуры поверхностных слоев, формируемых в процессе вневакуумной электронно-лучевой обработки сталей. В качестве исходных материалов были использованы стали 45 и У8. Сталь 45 перед электронно-лучевым упрочнением имела грубозернистую феррито-перлитную структуру (после отжига при 830 °С). Сталь У8 была подвергнута термической обработке для получения структуры грубопластинчатого перлита (отжиг при 850 °С), глобулярного перлита (закалка от 800 °С с отпуском при 600 °С), мартенсита (закалка от 800 °С с отпуском при 150 °С). Для того чтобы упростить поставленную задачу и исключить влияние многочисленных технологических параметров, обработка образцов осуществлялась на одном режиме: ток пучка состазлял 16 мА; скорость перемещения образца относительно луча - 7 см/ с; энергия пучка - 1,4 МэВ; расстояние от выпускного отверстия до детали - 130 мм. Вневакуумное электроннолучевое упрочнение проводилось на промышленном ускорителе электронов ЭЛВ-6 производства Института ядерной физики СО РАН путем облучения поверхности образцов в дорожечном режиме. Диаметр электронного пучка составлял 8 мм. Выбранный режим обработки обеспечивал закалку поверхностных слоев без их оплавления.
Структура обеих сталей, исследованных в работе, после электронно-лучевой закалки представляет собой мартенсит. Обусловлено это тем, что температура нагрева поверхностного слоя существенно превышает точки Асг Важной особенностью мартенсита, сформированного при электронно-лучевом нагреве, является высокая дисперсность составляющих его элементов (рис. 1). Это объясняется тем, что максимальная длина кристалла мартенсита не может превышать размер аустенитного зерна. Из-за кратковременности процесса нагрева зерно аустенита, возникающего о процессе олсктронно-лучсвой обработки, не успевает вырасти и поэтому мартенсит в его пределах образуется достаточно дисперсным.
Рис. 1. Маэтенсит, сформированный в упрочненном слое при ВЭЛО
Несмотря на то, что на всех режимах обработки в поверхностных слоях термически обработанных образцов формируется мартенсит, структура которого существенно неоднородна. Об этом свидетельствуют результаты измерения микротвердости по толщине слоев. Следует гово-
рить о двух видах неоднородности вновь сформированной структуры. Один из них обусловлен особенностями электронно-лучевого нагрева заготовок. Известно, что при воздействии на поверхность электронного пучка температура в образце неравномерна. В зависимости от глубины сгоя отличаются также и условия теплоотвода.
В общем случае строение поверхностной зоны после электронно лучевого воздействия можно представить в следующем виде: поверхностный слой мартенсита, переходная зона (зона смешанных структур), исходный материал. Наиболее сложное строение материал имеет в переходной зоне. В стали У8 с исходной структурой пластинчатого перлита основными структурными составляющими переходной зоны являются кристаллы мартенсита, колонии вновь образовавшегося перлита и исходного перлита (рис. 2). По мере удаления от облучаемой поверхности объемная доля мартенсита уменьшается, а доля колоний перлита возрастает. Следует подчеркнуть, что мартенсит переходной зоны является явно неоднородным. Внутри мартенситных участков содержатся участки не растворившихся пластин цементита. При этом по мере удаления от поверхности образца в глубь переходной зоны содержание цементита в мартенситных микрообъемах возрастает. Строение переходной зоны в стали 45 является еще более сложным: чем стали У8.
Рис. 2. Переходная зона между упрочненным слоем и основным металлом при ВЭЛО
В то же время следует отметить, что строение самого мартенситного слоя также является неоднородным. Об этом свидетельствует характер распределения микротвердости по глубине упрочненного слоя. На участках, соответствующих структуре мартенсита, наблюдаются скачки микротвердости. Объясняется это кратковременностью процесса нагрева материала, т.э. нехваткой времени для завершения диффузионных процессов и выравнивания химичес<ого состава в аустените. Аустенит, формирующийся при электронно-лучевом нагреве, фактически является неоднородным по содержанию углерода. Степень этой неоднородности определяется исходной структурой материала. В наибольшей степени неоднородность мартенсита характерна для образцов из стали 45, имевших в исходном состоянии феррито-перлитную структуру. Различие микротвердости в упрочненном слое стали с исходной фер-рито-перлитной структурой достигает - 800... 1000 МПа
Очевидно, что быстрый электронно-лучевой нагрев с~а-ли с резко различающимися по химическому составу струк-
30 № 4 (29) 2005
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОО
технология • оборудование • инструменты
Научно-технический и производственный журнал «Обработка металлов (технология •оборудование • инструменты)» издается для широкого круга профессионалов - производственников, предпринимателей, работников науки, высшей школы - и распространяется по подписке, в розницу, на выставках, конференциях и семинарах, путем адресной рассылки на предприятия и организации России и стран ближнего и дальнего Зарубежья.
ИНФОРМАЦИЯ О ПОДПИСКЕ НА ЖУРНАЛ «ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ» (ПЕНЫ ПРИВЕДЕНЫ С УЧЕТОМ НАС )
Подписка на журнал осуществляется через редакцию. Для подписки по безналичному расчету необходимо сделать заявку. Заявка оформляется в произвольной форме с указанием адреса V реквизитов подписчика, фамилии получателя. Счет на подписку Вы получите по факсу или по псчте.
Подписку можно оформить с любого номера и на любое количество экземпляров. В платежном поручении (или почтовом переводе) укажите: "Подписка на журнал "Обработка металлов'.
Периодичность издания журнала - 4 номера в год.
Стоимость одного номера -181,5 руб Стоимость подписки на один номер с учетом
доставки и почтовых расходов - 196,25 руб.
Стоимость полугодовой подписки по России с учетом
доставки и почтовых расходов - 392,5 руб.
РАСЦЕНКИ НА РАЗМЕЩЕНИЕ РЕКЛАМЫ В ЖУРНАЛЕ «ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ» (С УЧЕТОМ НАС)
Формат Размер, мм. Цветная, руб Черно-белая, руб
1/1 200x280 8000 5000
1/2 170x118, 83x240 4200 2900
1/3 170x78, 83x153 3200 2250
1/4 170x58, 83x118 2400 1750
1/6 83x78 1600 1200
1/8 83x58 1100 800
ПРИМЕЧАНИЯ: публикация рекламы на 4-й странице обложки - надбавка 20%
стоимость рекламной статьи - 2000 руб. за полосу постоянным клиентам - скидки
ААРЕС РЕДАКЦИИ: ОАО НПТ и ЭИ "Оргстанкинпром"
630087, г. Новосибирск-87, пр. К. Маркса, 30 Тел.(383) 346-37-77, тел./факс (383) 346-39-11 E-mail: ostp@sibproject.ru
РЕКВИЗИТЫ: ИНН 5404109796 ¿й
Р/с 40702810801000003157 в КРАБ "Новосибирсквнешторгбанк" К/с 30101810600000000897, БИК 045004897
ПРАВИЛА ДЛЯ АВТОРОВ И РЕКЛАМОДАТЕЛЕЙ
1. Статья, мапраолясмая о журнал "Обработка мсталлоо", должно быть сопрооождспа сведениями об аоторс (авторах) с указанием фамилии, имени, отчества, ученой степени, звания, должности, места работы, адреса, телефона, факса, адреса электронной почты.
2. Объем статьи не должен превышать 4-5 журнальных полос формата А-4, включая таблиць и рисунки.
3. Автор (авторы) предоставляют статьи на дискете 3,5" в формате текстового файла ASCII или Microsoft Word с распечаткой текста и графических материалов или электронной почтой.
4. Рисунки, фотографии, таблицы, схемы предоставляются в формате TIF, JPG, PSD, EPS, или BMP, с разрешением 300dpi (для полноцветных изображений - цветовая модель CMYK) и с обязательной распечаткой. На обороте указывается (карандашом) фамилия автора, название статьи, номер рисунка (таблицы, формулы).
5. Оригинал-макеты рекламы принимаются в электронной версии (с обязательной распечаткой) в формате CorelDraw, версии ö.U или Photoshop, версии Ъ.О. Ь Corel üraw текст должен быть преоЬразован в кривые.
6. В случае несоблюдения данных требований, материалы в журнале не публикуются.
ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДРЛЬ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
турными составляющими в исходном состоянии (феррит, цементит) вообще не позволяет получить однородную конечную структуру. Для этого требуется подготовительная термическая обработка, выравнивающая исходную структуру.
Предварительная закалка стали У8 на мартенсит приводит к более однородному распределению углерсда в структуре по сравнению с отожженным состоянием. Различие микротвердости на соседних участках упрочненной зоны составляет - 200 МПа. Между этими крайними случаями - максимальной структурной неоднородности (при исходной феррито-перлитной структуре) и максимально возможной однородной структуре (при исходной мартен-ситной структуре), располагаются глобулярный и пластинчатый перлит в порядке понижения степени однородности конечной структуры.
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что для получения наиболее однородной структуры мар-тенситного слоя, формируемого при вневакуумной электронно-лучевой обработке, целесообразно использовать стали со структурой глобулярного перлита и мартенсита.
Чем более дисперсной является структура стали в исходном состоянии, тем более однородным по структуре и свойствам является мартенсит, образовавшийся при ВЭЛО. Наиболее неоднородная структура псверхностного слоя характерна для образцов, имеющих в исходном состоянии феррито-перлитную структуру.
Список литературы
1. Зуев И.В. Обработка материалов концентрированными потоками энергии // Московский энергетический университет. - М.: МЭИ, 1998. - 162 с.
2. H.H. Рыкалин, И.В. Зуев, A.A. Углов. Основы электронно-лучевой обработки материалов. - М.: Машиностроение, 1978. - 239 с.
3. Шипко A.A. Упрочнение сталей и сплавов с использованием электронно-лучевого нагрева. - Минск: Наука и техника. 1995. - 280 с.
Вайсман А.Ф., Вассерман С.В., Голковский М.Г. и др. О поверхностной закалке стали концентрированным электронным пучком в атмосфере. - Новосибирск, 1988. - 32 с.
Формирование динамической и математической модели четырехклавишного соломотряса зерноуборочного комбайна
Б. И. КОГАН, профессор, доктор техн. наук, КузГТУ, А.П. ЧЕРНЫШ, ст. преподаватель, КемГСХИ, г. Кемерово
Одной из форм отображения физических свойств технического объекта является динамическая модель. Графические изображения элементов динамической модели отождествляются с их компонентными уравнениями, а соединения элементов соответствуют топологическим уравнениям. Динамическая модель - это абстрактное графическое отображение основных физических свойств технического объекта и характеристик взаимодействия с внешней средой.
Моделирование соломотряса [1] представляет собой процесс замещения его некоторой моделью и проведение исследований на этой модели с целью описания функционирования в окружающей среде, определения выходных параметров и характеристик, получение оценки показателей эффективности и качества.
В исследовании соломотряса математическая модель будет представлена системой нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений, которая в нормальной форме Коши имеет вид:
(/6/<Я= (1)
где со - вектор фазовых координат; / - независимая переменная (время).
Элементы динамической модели обозначены на схеме их параметрами с цифровыми индексами, соответствующими порядковым номерам элементов: Л, — моменты инерции вращающихся тел (сосредоточенных масс); су, (I, - коэффициенты жесткостей и сопротивлений соответственно упругих и диссипативных1 элементов. Состояние простого элемента характеризуется одной фазовой переменной типа потока и одной переменной типа потенциала. Фазовые переменные типа потока - угловые скорости со,
1 Диссипативные элементы - элементы с потерей энергии, например, при наличии трения.
а типа потенциала - вращающие моменты М. В исследуемом соломотрясе (рис. 1) вращающий момент М8, является движущим, увеличивающим энергию объекта (к объекту подводится энергия двигателя), поэтому направления фазовых переменных М8Г и со, совпадают. Вращающие моменты МВ7 - МЕ11 характеризуют сопротивления внешней среды движению деталей соломотряса, на преодоление которых затрачивается его энергия (в основном, подбрасываемый соломистый ворох). В этом случае направления фазовых переменных МВ2 и со2, Мвз и со3 и др. не совпадают.
Потенциалы упругих М^ и диссипативных Мд, элементов, характеризующие их взаимодействие с другими элементами системы, являются внутренними воздействиями и на динамической модели не изображены.
Структурирование динамической модели и идентификация ее элементов позволяют формализовать процесс составления математической модели соломотряса в инвариантной форме. Для этого удобно использовать графические формы моделей в виде графов и эквивалентных схем.
Граф представляет собой структурную математическую модель системы и отображает ее топологию, а эквивалентная схема - функциональную модель и отображает топологию и компонентный состав, так же как и динамическая модель.
Ветви графа и эквивалентной схемы соответствуют компонентам математической модели. Для обозначения ветвей эквивалентной схемы применяют графические изображения, показанные на рис. 2.
Построение эквивалентной схемы (рис. 3) начинают с инерционных ветвей, которые располагают вертикально. Эти ветви соединяют узлы, отождествляющие сосредоточенные массы соломотряса, с базовым узлом, соответствующим инерциальной системе отсчета фазовых координат типа потока. Ветви упругих и диссипативных компонентов
№4(29)2005 31
