автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Технологическое обеспечение качества поверхности электромеханической обработкой дисковыми секционными щитками

РГВ од

/ З |ЖВ|ВСЬКИй ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ

На правах рукопису

' КУЛІЧЕНКО Анатолій Якович • •

ТЕХНОЛОГІЧНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЯКОСТІ ПОВЕРХНІ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОЮ ОБРОБКОЮ ДИСКОВИМИ СЕКЦІЙНИМИ ЩІТКАМИ

Спеціальність 05.02.08 - Технологія машинобудування

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук

Львів - 1993

І

Робота викінана у Львівському політехнічному інституті

Науковий керівник - доктор технічних наук,

професор ІПабайковкч В,А.

Офіційні опоненти - заслужений діяч науки і • .

техніки України, доктор.технічних наук, професор Гавриш А.П.

- кандидат технічних наук, доцент Гриньов В.Ф. *

Провідна організація - ЛВЭ "Алмазінструмент" /м. Львів/

Захист відбудеться " " МвЯ 1993 р. о Т4 год.

на засіданні спеціалізованої ради К068.36.08 при Львівському політехнічному інституті за адресою: 290646, м. Львів , вул. С.Бендери , 12, корп. 14, ауд. 61.

Із дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Львівського політехнічного інституту.

Автореферат розісланий "2с " марш а Т99з р. Вчений секретар •

спеціалізованої ради,

кандидат технічних наук Марець В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність. Прискорений розвиток машинобудування - одніс! із основних галузей народного господарства, здатної вивести молоду незалежну Україну на один рівень із економічно розвинутими країнами світу - в більшості своій залежить від успіхів у створенні і реалізації ефективних технологій, характерних ростом продуктивності праці, економним використанням матеріальних і трудових ресурсів,- якістю та надійністю • виробів.

Важливим етапом технологічного процесу виготовлення ряду деталей е його викінчувальне оброблення, де традиційні технології поверхневої очисно- зміцнювальної обробки шляхом тільки механічного впливу, при певних перевагах, мають і ряд недоліків. Такг наприклад- , шротометна обробка пов"язана із застосуванням громіздкого і енергоємного обладнання. Поверхнева обробка різними за конструкціями механічними щітками обмежена при застосуванні їх для складних по формі профілю деталей. Процес обробки голкофрезами не задовільняє вимоги по якості очищування та продуктивності.

Сучасний рівень машинобудівних підприємств вимагає впровадження більш ефективних технологій, позбавлених перелічених недоліків і здатних якісно формувати поверхневій шар виробів при високій продуктивності праці . Саме до таких технологічних процесів слід віднести поверхневе оброблення механічними щітками із застосуванням електричного струму, що значно розширюють функціональні можливості інструментів даного типу, які характерні своєю відносною конструктивною простотою ви-, готовлення і можливістю застосування, як у промислових умовах, де існують всі необхідні передумови ефективного їх використання, так, і у польових.-

Електроіскровий,, електроімпульсний та інші методи поверхневого оброблення із приміненням елеї ,'роструму, що застосовуються для ціленапрявленого зняття шару металу з метою остаточного формоутворення деталі вимагають використання складного обладнання, електронних контрольних приладів, а в окремих випадках-застосування електроліту, що значно обмежуе можливості широкого впровадження вказаних методів обробки у про-

мисловість. Крім цього, ефективність використання механічних щіток знижується із-за відсутності рекомендацій по вибору режимів обробки і параметрів інструменту, які обумовлюють у сукупності певні характеристики якості обробленої поверхні. Отже , дослідження технологічних особливостей обробки механічними щітками, а саме однією із їх різновидностей конструкцій-дисковою секційною щіткою /ДС1Д/ - при застосуванні методу електромеханічної обробки /ЕМО/, визначення впливу умов обробки на якісні характеристики та експлуатаційні властивості деталей і довговічність інструменту, розробка і реалізація у виробництво рекомендацій є досить актуальними.

Мета поботи. Комплексне теоретико-експериментальне дослідження очисно-зміцнювального оброблення електромеханічним способом дисковими секційними щітками поверхонь виробів і встановлення науково обгрунтованих рекомендацій по технологічному забезпеченню необхідної якості поверхневого шару матеріалу деталі та експлуатаційних його властивостей.

Наукова новизна. Розроблені модель контактної взаємодії робочих струмопровідних елементів та секцій очищування із поверхнею деталі при умові під’еднання електричного струму та конструкція ДСЩ. Вперше проведено комплексне дослідження якості поверхні обробленої електромеханічним способом інструменту із гнучкими робочими елементами, при послідовному впливові високотемпературного концентрованого джерела теплової енергії та динамічного контактування. Вивчені теплові, кінематичні та динамічні особливості контактної взаємодії гнучких щіткових елементів /ГІДЕ/, щообертаються, із поверхнею оброблення при різних геометричних характеристиках інструменту, натягу його ГЩЕ та умов експлуатації. Встановлений характер деформованого поверхневого шару при очисно-зміцнюючому обробленні. Теоретично розглянуті і експериментально підтверджені питання комбінованої інтенсифікації поєднаного процесу теплового і динамічного впливу робочих секцій ДСЩ. Визначені основні конструктивно-технологічні параметри процесу, одержані залежності, які поєднують умови оброблення із якістю поверхневого шару, що дозволяють керувати процесом ЕМО ДСЩ у необхідному напрямку. Досліджений вплив обробки на експлуатаційні особливості деталей машин.

- з -

Методи дослідження.В роботі застосовувались теоретичні та експериментальні методи досліджень. Теоретичні дослідження проводились із використанням наукових, положень технології машинобудування, теорії зварювальних процесів, теоріїконтактних деформацій, теорії теплових процесів, теорії імовірності та числових методів, теоретичної механіки. В основу експериментальних досліджень покладені методи теорії планування багятофак-торного експерименту.

Практична значимість та реалізація роботи. Результати роботи складають основу методики по встановленню оптимальних режимів оброблення, що забезпечують найбільшраціональним шляхом одержання необхідних характеристик якості поверхні та поверхневого шару при комплексній взаємодії робочих елементів стру-мопровідних та секцій очищування. Запропонована нова конструкція дискової секційної щітки для процесу ЕМО, яка одержала позитивне заключения Державного патентного відомства СРСР № 4822363/12 від 3.05.1990 року. Розроблені рекомендації по виготовленню вказаної ДСІД. .

Результати дисертаційної роботи використовувались при виконанні господарськодоговірної науково-дослідної роботи / № .

держ. per. 0І9І00І3657 /, яка відноситься до категорії найважливіших.

■ Процес очисно-зміцнюючої обробки ДСЩ із застосуванням електричного струму для листового прокату перед його антикорозійним покриттям впроваджений на Стрийському ВО ковальсько-пресового обладнання /Львівська обл./ із річним економічним ефектом в 165,0 тис. крб.,'та на Петрівському заводі стінових матеріалів і конструкцій / м. Київ/ при річній економічній ефективності. в 112,0 тис. крб. ^

На захист виноситься:

1. Механізм процесу електромехччтчипго оброблення. ДСЩ , який пояснює можливість послідовних теплового і динамічного впливів на поверхню деталі в процесі кентактування та обгрунтування прийняття мінімальних режжимів сили струму І , напруги U та швидкості обертання інструменту V. .

2. Теоретична модель температурного впливу електродугового роаряду та встановлення величини найбільшої подачі 5 , при якій гарантується утворення soh теплового враження по всій поверхні робочого контакту секцій щітки.

3, Теоретична модельдинамічної взаємодії секцій очищування іэ поверхнею оброблення та умови формоутворення мікропрофі-лю.

4. Методика і результати експериментальних досліджень впли-

ву теплових та динамічних параметрів процесу ЕЮ ДСІД на якісні характеристики поверхневого пару деталі. •

. 5. Конструкція,дискової секційної щітки та практичні рекомендації по вибору геометричних характеристик інструменту і режимі* оброблення, які забезпечують необхідну інтенсивність процесу та стійкість інструменту.

Апробація роботи.Основиі положення дисертаційної роботи ,

викладені у доповідях і обговорені на республіканській науково-технічний конференції "Прогресивні методи оброблення важко-оброблювальних матеріалів" /м.Маріуполь, 1989 р./; Міжнародна науково-технічна конференція ’’^'/утъгАЕ.гАШЕ ЕЬЕМЕИТО'М МАЗХЇМ 2Е ВТОРОМ МЕТАїЛ 0 УРЕСЗАШУСН ^/іАЯНОгСІАСН ”

/ЯР, Кгеэгог/ , 1990 р../; Всесоюзна науково-технічна конференція "Вдосконалення існуючих та створення нових ресурсозберігаючих технологій і обладнання в мятшобудувянні, зварювальному виробництві та будівництві" /м.Могильов, 1991 р./; Республіканській технічній конференції "Прогресивні технології ’

у машинобудуванні" /м.Одеса, 1991 р./; Всесоюзній науково-технічній конференції "Актуальні проблеми машинобудування на сучасному етапі" /м.Владимир, 1991р./; Міжреспубліканська науково-технічна конференція "Прогресивні методи одержання конструкційних матеріалів.і покрить, які підвищують довговічність деталей машин" / м.Волгоград, 1992р./; Республіканська науково-технічна конференція "Питання забезпеченняточності на машинобудівних підприємствах* /«.Пенза, 1992 р./.

Публікації. По результатам виконаних досліджень опубліковано 22 друковані праці, в тому числі одна авторська заявка на винахід, ■ .

Структура та об’єм роботи.Дисертаційна робота складається із вступу, семи розділів, заключения, викладених на сторінках друкованому на компьюторі "ЇВМ" тексту, містить малюнків , таблиць, список літератури із 124 найменувань .та додатку.

Ша? окцсмв

Мал.З Січення сферичної лунки, утвореної дуговим розрядом.- .

л;:х ^іглслїз ?: мсгллу /чз..т.j.- , .-:г:з угз.траться

,в наслідок знкиду рсзп.тгзтекаго металу *пгд впливом температури та внутрішнього тиску у стовпі цугового розряду, і вия' начається за формулою:__________

L і і 2Ікп і/Ді (2e,U-3kT) і /тс /

де к„- коефіцієнт обпчавлення одиничного ГІДЕ; g = 9,806 м/с^ - прискорення вільного падіння; jit = 55,847 - атомна вага для дугових розрядів у парах заліза; et - елементарний електричний заряд /еі=І,602*І0_^®Кл/; . ■ '

К. - постійна Больцмана /к = 1,381’ ІСП^Дж/К/; А - постійна . Авогадро /А= 6,022*10^ моль~^/. ■

Складова висоти профілю шорсткості Ьг основується на умові відсутності коливань робочих поверхонь ГІДЕ у процесі контакту із поверхнею деталі, що забезпечується зусиллям натягу інструменту. Дана величина визначається за формулою:

4 S* (rfb)*Za-Wni '

п5-№я ЖІВВ /16/

СкладоваЬ3характеризуються лише механічною дією ЩЕ секцій очищування при контакті із поверхнею деталі, яка попередньо зазнала теплове враження дугового розряду і визначається в залежності від величин пружнього деформування та пластичного відновлення h^R^-ilwhnp), /17/

деіі^- висота залишкових мікровиступів на поверхні основного металу, золиеиних після оброблення дуговим розрядом.'Значення • туМ • • • . .

змінюється в залежності від напряму замірювання по відношенню до-напряму подачі поверхні оброблення:

поперечно подачі

їли пицачі і іу.2 . j, v \2

Q- 4(Уі»-і* )-[іб(пд-і*) -(дсАіиКа)

Кгп= _

- у напрямі подачі „

- п" _ 42Мгк(гг&)г

Іігт-Л дп '

,0,5

ordBD

/18/

/19/

Підставляючи в /17/ вираз /18/'чи /19/ та рівнянга /II/ -

одержується значення шуканої складової висоти мікропрофілю

/20/

Рядом експериментальних дослідів встановлено, що складова

мікропрофілюЬ4=0, так як будь-яка шорсткість робочої поверхні ГіДЕ / при Riuwre = 2,5... 400 мкм/ не вносить змін у геометрію профілю основного металу виробу, поверхня якого попередньо нагрі-залась дуговим розрядом до значної температури.

Підставивши в рівняння /14/ вирази /15/,/16/ та /20/ одержано формулу для матиматичного прогнозування шорсткості поверхні в наслідок процесу ЕМО ДСЩ. Обробка експериментальних результатів дала можливість скласти емпіричну залежність, яка підтвердила

Л?. /2і/

Одним із фізико-механічних показників якості поверхні є степінь зміцнення поверхневого шару матеріалу деталі. Характерною особливістю теплового впливу при ЕМО ДСЩ дуговим розрядом, який е писококонцентрованим джерелом енергії - процес швидкоплинного нагрівання вище критичних точок сплаву / нагрівання супроводжується поверхневим обплавленням металу/ та швидкого охолодження, яке проходить за рахунок високої теплопровідності металу і умові, що нагрітий об’ам становить незначну його частину. Швидкість відводу теппа переважав значення критичної точки гартування — äTr/(3t)<(ЗТ^У^f що супроводжуються явищем автогартування, тобто гартування без примусового охолодження нагрітих об’ємів. .

Виведена матиматьчна залежність гартованого шару від марки матеріалу та температури нагрівання в зоні дії дугового розряду '

Ч 4хі-ТWl*WW/aa)Й • ,т /22/

Експериментально встановлено, що величина hy для конструкційних низьковуглецевих сталей досягав 1,3*10“^*, при цьому спос-тетнгчвтьоя кристалізація, орієнтована в напрямі тепловідводу, а мікроструктура приймав однорідну дендритно-стовпчату форму, що в 'Іітіьчості своій складаєтьсяіз мартенситу. Середня відносна похибка відхелення розрахункових значень від експериментальних становить

Т ПіTf

La. •*>.

При процесі ЕМО ДСЩ в поверхневому шарі від теплового впливу дугового розряду формуються залишкові напруження розтягу , які частково компенсуються напруженнями зтиску, що виникають в’наслідок динамічної дії секцій очищування ДСЩ.

Сьомий розділ присв*ячиний практичній реалізації результатів дослідження. ' •

Вибір техьологічних параметрів процесу та характеристик інструменту, виходячи із довговічності^ГШЕ, запропоновано проводити використовуючи умову блкц^(г^, де б--! - границя витривалості при згині; Пк - коефіцієнт запасу міцності;б^-максимальне напруження згину, величина якого визначається експериментально встановленої залежності '

|л|У|к^=~5.652 + 1,3251лй+ о,28ІпНн+ 0,7В&Іпі + 0,07Іп| +

+о,ідІпН-ІпНн~о,43ІпК-ІпІ-од?9ІпМп.Нн, /23/

де ТІ - радіус робочої поверхні ДСЩ; | - коефіцієнт тертя ковзання; і - довжина вільного вильоту' ГіДЕ секцій лчи-’умннп.

Дана умова прийнятлива для сумісного вибору довжини в і аь-ного вильоту ГЩЕ при забезпеченні незмінності розмірів інструменту та величини натягу Нн .

Кількісну оцінку механічних властивостей в сукупності Гир рекомендується виконувати, застосовуючи універсальний параметр Сд - жорсткість щітки:

Сз^кгЕсіХб^ш)'1, /24/

де і - діаметр одиничного ГЩЕ.

Руйнування шару прокатної окалини від дії секцій очищування слід чекати в тому _випадку, коли середнє динамічне кон- • тактне напруження удару 63=РМгП(^!Ґа1Ь1) перевищує граничне напруження'контактного руйнування прокатної окалини [&вд] . Виходячи із цього, запропонована'методика вибору режимів оброблення.

Підтверджена можливість альтернативної заміни обробки електроабразивного шліфування на процес ЕМО ДСЩ при підготовці поверхні деталі перед нанесенням захисного антикорозійного покриття. .

По результатах виконаних досліджень розроблена конструкція ДСЩ та методика комплексного вибору раціоначьних параметрів інструменту і оптимальних режимів обробки, що забезпечує необхідні характеристики якості поверхні /шорсткість Яа / та поверхневого шару,/товщина зміцнення Ьу / обробляємо! деталі. Згідно методики, виходячи із заданої програми випуску при забезпеченні довговічності ГІДЕ, підбирається і при необхідності

уточнюються діаметр В та ширина Б дітки, кількість секцій Н та довжина вільного вильоту ГЩЕ і , натяг інструменту Нн та діаке.тр робочих елементів, і .

Вибір оптимальних режимів оброблення /V, 5 та І /проводиться при значенні найменшої цільової функції із використанням методу нелінійного програмування - комплексного методу ^ок-са Тлк, як витрати на щітки та їх заміну Зі , які приходять-оя на період довговічності експлуатації Тд значно менші вартості еерстатохвичини Свх , то вартість Ст технологічної опе-рлції очитування Ст* ТоССвя+Ш/Гд] визначається основним часом 'бробки Т0 . Задача оптимізації вирішується при використанні Т3 її як.істі критерію ОПТИМІЗЯЦІУ.

Річна економічна ефективність від впровадження результатів досліджень, становить 277,0 тис.крб.

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ •

. І. Розроблений і експериментально підтверджений механізм електромеханічного оброблення поверхонь деталі дисковою секційною щіткою, який псясшв протікання процесу за рахунок виникнення дугового розряду в момент виходу робочих елементів стру-мопровідних секцій із контакту з поверхнею деталі та динам'іч-ног і удару секції очищування в поєднанні із тертям ковзання, що супроводжується мікрорізянням, і дозволяє, провівши спочатку теплове руйнування ловерхневого шару,- повністю очистити метал від корозійного нашарування, здійснивши одночасно якісне формування поверхні обробки. ■

2. Одержана теплофізична модель впливу дугового розряду на поверхню оброблення, • що характеризує розподілення температурних зон по степені руйнування шару корозії /розплавлення, пом"як-шення та часткове руйнування/, із врахуванням її реальних властивосте?, на основі якої встановлюється величина максимальної їіодачі деталі в зону оброблення.

3. Приведені комплексні -дослідження по.визначенню впливу технологічних параметрів на якість поверхні. Вказано, що при обробленні ЕМО ДСЩ можна одержати шорсткість поверхні рівну

= 3,2 мкм. Достовірність результатів підтверджена проведеними дослідно-виробничими роЗо'гаии.

На основі розглянутої моделі процесу і згідьо із положень теорії імовірності, що відносяться до рівномірного розподілу на обмеженій прямокутній поверхні певних точок, які утворюють пуассонівське поле із сталого густиною розподілення, та при умові, що за один оберт щітки зонами теплового руйнування розміром Гр вся поверхня контакту, визначена величина подачі S поверхні деталі, яка підлягає процесу ЕМО ДСЩ

S=2грг£,23/г [Ns*/ (зг БВ)Г* • /з/

де D ,В та Z - відповідно, діаметр ДСЩ, ширина і І робочої поверхні та кількість секцій; Nj« - кількість робочих елементів у секції; £, - коефіцієнт, який залежить від швидкості обертання щітки .

Виконаний комплекс експериментальних досліджень, які підтвердили правильність теоретичного визначення температури нагрівання поверхні виробу

гп ,г*» г*і eKi.LKh

TYe=g’V -І •£ *ь пк . /4 /

Теплофізична модель процесу внаслідок тільки механічної обробки, тобто нагрівання поверхні деталі від тертя ковзання ЩЕ ДСЩ по поверхні виробу, розроблена на основі аналізу руху по адіабатичній поверхні зразка джерелам, який швидко переміщується. Розподілення густини теплових потоків джерела прийнято аналогічним розподіленню сил тертя ковзання всією сукупністю ГЩЕ в межах зони контакту. Поставлена задача рішалась методом точкових джерел. Максимальна температура Ттах на поверхні пластини, яка оброблялась при зустрічній подачі, визначається за формулою 1 ••

T^ftätajoe-p^s)]/ ), /6,

де иЕк^ та lij - відповідно, еквівалентний коефіцієнт теплопровідності /шар корозії - основний метал/ та довжина контакту; Pz - горизонтальна складова зусилля обробки, величина якої рівна за величиною, але протилежна за напрямом загальній силі тертя / Frp /, значення якої визначається по формулі

Гтр^.ВЦ^„|иІСУЦ)'(І1/Ц)5]іЬ=^квВІ}6'Лв, /б /

де к0 - постійний коефіцієнт /К„ =1,869186/; 6^0 - найбільше питоме зусилля тертя. •

Параметри обробки підбираються таким чином, щоб Тщ-w не перевершувала граничної температури Тгр . при якій змінюється напружений стан поверхневого шару деталі.

Експерементальні дослідження, по результатам яких одержана адекватна емперична модель, підтвердили вірність теоретичних викладок. '

/7/

Оцінка велечин температур нагрівання поверхні виробу свідчить про те, що процес ЕМО ДСЩ значно переважав своїм тепловим впливом процес лише механічної обробки, приводячи до певних структурних змін у матеріалі деталі. При режимі механічної обробки ДСЩ, виконаної в межах раціональних змін , приріст температури є незначним і не перевищує значення при яких можливі зміни деформаційного стану металу.

П’ятий тзозділ присв’ячений теоретичним аспектам і результатам експериментальних досліджень силових характеристик та потужності, що виникають у процесі ЕМО ДСЩ.

Силовий вплив, що передається від робочих органів верстатів, механізмів тощо гнучкими стержнями малої жорсткості, які формовані у секців, залежать лиие від пружних властивостей та степені .деформування ЩЕ. Тиск у дуговоцурозряді, що виникає в наслідок контактування струмопровідної секції ДСЩ із поверхнею деталі, утворюється під дією електромагнітних сил /сил Лоренса/, величина якої у порівнянні із силою тиску механічного впливу надзвичайно мала / при силі струму І = 100 А -р = 1,15 * 10~® Па/. Отже, основний силовий вплив, здатний якісно формувати поверхню, викликаний тільки динамічною дією ГІДЕ.

Контактна ударна взаємодія ПЦЕ із поверхнею-обробки супроводжується як пружнопластичним деформуванням, так і пружним. Надзвичайно малий період часу контактування при ударі дозволяє розглядати згинання елементарного 1ТЦЕ, як згин консольно закріпленої балки із незначними прогинами. В даному випадку приймаємо, що кінець балки переміщається на відстань К , рівну відрізку AAt /мал.2/, тобто переміщається по прямій П-П, перпендикулярній ооі недеформованого ГЩЕ.

Мал. 2. Взаємодія ГЩЕ сектіій очищування із поверхнею обробки. Величина переміщення К визначається відношенням

К=(РД3)/ЗЕЗ, /з/

де Рп=Р'Со^ ; тут Р - зусилля удару елементарного ГН'Е . Проекція переміпення К ня осі проекції І та V виражена через і , да: К^РІ^СоБ^-Ц^Омг^/ЗЕЗ ;

• ^[РО-Зсп^Соз^-^І/ЗБЗ.

із малюнка:

$ = агс5іп[(Я-Ня)/К]. ■

Згинальна жорсткість одиничного ГЩЕ /по напряму п-п/ визначається залежностями:

,-і

С = Р^К^ЗЕЗі’еов г^[Соб^' Соэи-гг)]'1, /9/

^/кї=зезія-5іп а-СЗьпі-собТй-гг)]'1. /І0/

Глибина відбитку одиничного дротика Ь3 на поверхні зразка значно менша, ніж контактна поверхня його робочої зони, радіуси кривизни якої Яи та Ягі /мал. 2,/. Приведений радіус кривизни визначається за формулою: •

Глибина відбитку Ь5 формується за рахунок відбитків в наслідок пружної Ьпрта платичної Ь^деформаціг поверхні, тобто

Ь.-Ь^Ь.-к^-лКР.-Н,), - т/

де К1 - коефіцієнт, що враховує пружні властивості матеріалів ГЩЕ та деталі; 2^ - коефіцієнт розмірів контактної поверхні ГЩЕ ;

- контактна сила удару; N5 - критичне навантаження, яке відповідає початку зародження пластичної деформації.

Згідно рівняння руху матеріальної точки при пружньопластич-ному заглибленні, та при умові, що = Ьтах - одержано

N5) . /12/

Виражаючи останнє рівняння транцендентно-відносно прийнятого їнтох, одержана формула вирахування максимального зусилля удару ГЩЕ по поверхні обробки методом простих інтерацій

п _ 0,5глУ -0,3^і (Рмілш N5)- 0,5&СіСРмліш N3) /ІЗ/

ЧпаГ О^к^ + О.в) '

Кількісний показник величини максимального зусилля удару ГЩЕ характеризує оцінку впливу параметрів процесу на якісні та експлуатацій особливості поверхні та поверхневого шару виробу.

У шостому розділі представлені результати теоретичних та експериментальних досліджень по впливу параметрів процесу ЕМО ДСЩ на характеристики якості поверхні обробки.

Оброблення ДСЩ суміщає в собі одночасно як тепловий та' силовий впливи на поверхневий шар деталі, так і впливати на нього тільки динамічно /без підключення електричного струму/. Кожен із цих способів обробки з властивою тільки йому особливістю здатний якісно формувати поверхневий шар основного металу виробу, що характеризується геометричними та фізико-механічними показниками.

Аналіз результатів попередніх експериментальних досліджень підтвердив , що формування геометричних параметрів якості поверхні в превалюючій більшості випадків здійснюється за рахунок слідуючих факторів: складової профілю , утвореної тепловою дією дугового розряду; геометричної складової Ьг , яка характеризує робочу поверхню інструменту та кінематику руху його ГЩЕ; складової Ь3 , властивої динаміці формоутворення поверхні всієв сукупністю ГЩЕ секції й врахуванням пружних та пластичних деформацій матеріалу виробу та складової Іц , що утворюється за рахунок шорсткості робочої поверхні ГЩЕ інструменту. Висота мікро-профілю шорсткості представлена у вигляді суми вказаних складових і£2= /14/

Складовае частиною сферичної лунки глибиною Ьд , у шарі

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтовується актуальність теми дисертаційної роботи, вказується її наукова новизна і викладаються основні результати, qo виносяться на захист. ■

У першому розділі проаналізований характер продукту поверхне ;ої корозії та розглянутий стан проблеми її руйнування та очи-цування. Зформульовані мета і задачі дослідження.

. Процес корозії металу полягає у фізико-хімічній реакції між матеріалом та оточуючим середовищем і приводить до зміни у властивостях металу. Однією із різновидностей поверхневої корозії є прокатна окалина - будова, хімічні та фізико-меха -нічні характеристики якої досліджені і викладені у працях Б.Гопкінса, Ю.Р.Еванса, П.Кофстадта, 5 П.Северденка та О.Куба-шевського, що дозволило, узагальнивпіи весь матеріал, встановити закономірності поетапного руйнування окалини від теплового впливу.

Очищення корозійного нашарування механічними щітками, як один із методів поверхневої обробки, володіє широкими технологічними можливостями, що дозволяє застосовувати даний процес на кінцевих етапах у металообробленні, про що свідчать дослідження виконані І.Г.Гавриленком, В.С.бршовим, В.А.Куликовським та Ю.І.Кургузовим. По характеру взаємодії із “поверхнею виробу якісно виділяються дискові секційні щітки, робочі елементи яких, зформовані у секції, мають здатність динамічним впливом руйнувати поверхневе нашарування. Поєднання теплових властивостей дугового розряду електричного струму із механічним впливом значно розширила функціональні можливості інстументу даного ВИДУ- .

Вивченню процесу обробки механічними щітками із приєднанням електричного струму присв’ячені роботи П.П.Серебреницького та Ю.В.Черепанова, в яких обгрунтовується доцільність застосування даного принципу та інструменту для цтленаправлёного зняття поверхневого шару металу. Виконаний аналіз свідчить про недостатнє вивчення впливу умов обробки при відсутності влекїро-літу,, стабільного-електричного розряду, -тощо на якість-поверхиі дбталі. Остаточно не досліджений механізм по елементного ira сумісного .впливу робоних елементПз щітки на якісні, температурні, силові та експлуатаційні характеристика отхэтгесу. Відсутність конкретних рекомеяцацгй не дозвтзляз при практичному викорис -

- G -

танні даного методу повністю керувати процесом і впливати на результати обробки.

На основі викладеного, виходячи із поставленої мети, визначені основні задачі дослідження:

1. Розроблення методики комплексного дослідження впливу технологічних параметрів процесу яв формування характеристик якості поверхні виробу.

2. Визначення математичної моделі для встановлення якісних показників впливу параметрів процесу на його технологічні, якісні та експлуатаційні характеристики.

3. Встановлення методики вибору оптимальних режимів очис-

но-зміцнтаачюї обробки ДСЩ та раціональних параметрів інстру -менту на основі дослідження їх впливу на шорсткість поверхні виробу та товсте ну зміцненого шару, зусилля та потужності при обробці, розподілення температури по товщині поверхневого шару, довговічності інструменту та якості очищування, ■

4. Розроблення обгрунтованих рекомендацій по забезпеченню експлуатаційних властивостей поверхні виробів перед нанесенням антикорозійного покриття.

Другий розділ присв*я'чений обгрунтуванню прийнятого принципу ЕМО ДСЩ, конструкції інструменту та взаємодії його робочих елементів із, поверхнею обробки. ,

Виникнення і стабільне існування дугового розряду характерні періодичним контактуванням струмонесучих електродів / робочі елементи - поверхня деталі/, що дозволило зконструю-вати дискову секційну щітку, особливість якої полягав у послідовному розташуванні струмопровіцниі робочих секцій та секцій очищування.

Внаслідок обертання інстументу /мал.І / струмопровідні секції, вступаючи у контакт із деталлю, утворить дуговий розряд, який своїм тепловим впливом руйнез поверхневе корозійне нашарування. Секції очит/мнн» здійснюють видалення зруйнованих продуктів корозії, проводячи одночасно якісне формування як мікрогеометричних, так і фізико-механічниг характеристик поверхневого шару виробу.

.ЧалЛ. Схема електромеханічної обробки дисковою секційною щіткою

Результатами попередніх експериментальних досліджень встановлені мінімально допустимі значення технологічних режимів швидкості обертання щітки /У> 6,7 м/с /, сили струму /І> ІОА/ та напруга /11^ 12 В/, які сприятимуть ефективній якісній обробці поверхневого шару деталі.

Третій розділ присв ячений методикам проведення експериментальних досліджень і включав опис умов та використованих приладів . •

Дослідження виконувались по планам багатофакторних експериментів, Приводяться методики експериментально! перевірки кінематичних параметрів взаємодії гнучких щіткових елементів /ЩЕ / струмопровідних секцій та секцій очищування із плоскою поверхнею /мікроскоп МІР-2./; визначення складових контактного зусилля-, яке виникає внаслідок удару щіткової секціїї /осци-' лограф С8-І7, пьезоелектричні акселометри АВС 034, розроблений двохкомпонентний динамометр/; визначення розподілення,середньої температури по товщині зразка / хромель-алюмелеві термопари, потенціометр НВП-І /; вимірювання потужності приводу обертання «дітки та подачі/вимірювальний комплекс К-50, динамометр ВИДІ УДМ-600, модернізовані-самописці ДСР-І/; вимірювання шорсткості

ебт5об>геч?ї псзерхяі . профілограф -лро.іісометр мод. <о2''; теер-дссті "г; приповерхневого шару /прилад П.'>ГГ-3 із алмазною чотиригранного пірамідкою, мікроскоп МТР-2/ та величини залишкових напружень /розроблена установка, яка з’єднана із профілометром мод.252 /; визначення міцності зчеплення антикорозійного покриття /фарби,7 із обробленою поверхнею /метод гратчатих надрізів /. Експерименти проводились із використанням ДСЩ та зварювального апарату мод.СТЕ-22 на пластинчатих зразках, виготовлених із низьколегованих вуглецевих сталей в стані постачання.

В четвертому розділі викладені результати теоретичних та експериментальних досліджень теплового впливу на поверхню обробки дугового розряду і від тертя ковзання ГЩЕ інструменту.

Теплофізична модель впливу електродугового розряду, що виникає при контакті між струмопровідною секцією ДСЩ і поверхнею деталі, покритої шаром корозії, розроблена на основі аналізу процесу впливу висококонцентрованого джерела теплової енергії, який швидко переміщується.

Температура ефективного радіуса стовпа дугового розряду

становить. ~ 3000 ____ 3500 0 С, значна частина якої /~'2£Й /

витрачається в оточуюче середовище. Нагрівання поверхневого шару матеріалу деталі досяга? температури / Т /, величина якої залежить від ряду факторів: сили струму /І /; напруги /II /; швидкості переміщення дугового розряду / 1/а /; об’ємної теплопровідностей /суі /, температуропровідностей /оС / та товщин шару корозії / Ь-к/ і основного металу деталі /ілп/; початкової температури / Тп / матеріалу виробу; радіусу /Р / зони, в якій визначається дана температура нагрівання.

1 у9сТ,ькг Vі ^ 71 7

Із довідникової літератури встановлено, що температура _ плавлення окалини, як домінуючої складової шару стальної корозії, становить = 1370 ... 1375° С, пом’якшення - ,

Тм = 1215 ... І225°С, а руйнування Тр = 1050 ... І070°С. Згідно даного твердження, складено рівняння для визначення розмірів зони теплової руйнівної дії дугового розряду в шарі прока- • тної окалини. 5

. Гр=[№і])/*е(ггЛр}'. м

4. Розроблена модель математичного прогнозування по встановленню глибини зміцненого поверхневого шару металу, з якому від ції теплового впливу відбувається процес автогартування. Експериментально підтверджено, що при обробці деталі із сталі

45 / t = 75 А; Y = 18,42 м/с; Z = 8 шт: S= 4.166*ІСГ3 м/с/

твердість поверхневого шару становила HR0 38...42 і досягала

глибини hy= 0,45 мм.

Процес зміцнення відбувається за рахунок перетворення в поверхневому шарі матеріалу деталі перлітної складової в аустеніт тз наступним переходом у мартенсит.

. 5. В процесі ЕМО ДСЦ у поверхневому шарі формуються залишкові напруження розтягу /від теплового впливу дугового розряду/, нлї частково компенсуються напруженнями стиснення /від динамічної дії секцій очищування/. Максимальна остаточна величина залишкових напружень розтягу досягає 520 Юа із глибиною залягання до 0,1 мм. .

6. Розроблена та обгрунтована конструкція дискової секційної щітки /п.з. №4822363/12/ і запропонований алгоритм розрахунку її геометричних параметрів в залежності від режимів експлуатації. Експеримент аяьно встановлено, що найбільший термін експлуатації інструменту становить 284-год.

7. Результати роботи впроваджені на Стрийськочу В0 коваль-

сько-пресового обладнання /Львівська обл./ та Петрівському заводі стінових матеріалів та конструкцій ■'м.Київ/ із загальним річним економічним ефектом в 277,0 тис.крб. '

' ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ ' '

1. Позитивне заключення Державного патентного відомства

СРСР по заявці № 4822363/12 від 3,05.1950 р.. Щітка для очищення поверхонь металу. В;В.Перепічка, А.Я.Куліченко; Львів, політехн. ін-т. ■

2. S,В.Перепічка, А.Я.Куліченко.Електродугове очищення виробів металевими щітками /Вісн.Львів.політехн.ін-ту.-Львів, вид-во Світ, 1990. - № 246. - С. 40-42.

3. Куліченко- А.Я. Ефективність обробки поверхневого шару

метану електродуговим способом. /Вісн.Львів.політехн.ін-ту.-Львів: Вид-по Світ, І991. - № 255. - С. 27-28.

4. Перепічка в.В., Куліченко А.Я. Властивості прокатної окалини та її усунення із поверхні металу дисковими щітками /Вісн.Львів.політехн.ін-ту.-Львів: Вид-во Світ, 1992.- № 265.

С.31-33. . ■ '

5. Куліченко А.Я. Характер впливу електричної дуги на поверхню металу при електромеханічній очистці щітками /Вісн. Львів.політехн.ін-ту.- Львів: Вид-во Світ, 1992. - №265.-

С.34-36. • •

6. Перепічка 3:В., Куліченко А.Я. Електромеханічна обробка поверхні деталей металевими щітками /Технолог, и организац. пр-ва, 1991. № 4. - С.55-56.

7. Куличенко А.Я. Зависимость температурного влияния от

факторов обработки при очистке окалины электромеханическим способом /Би б л. у ка за т. ВИНИТИ "Деп. паут, работы", 1991. №127242, б/с 563,- 19с. .

8. Куличенко А.Я., Литвиняк Я.М. Влияние факторов обработ-

ки электромеханическим способом на показатели шероховатост* поверхности деталей 'Библ.указат.ВИНИТИ "Депон.научн.работы", 1992. -® 7/249. - 21 с. '

9. Куліченко А.Я., Литвиняк Я.М. Упругопластическое дефор-

мирование поверхностного слоя детали упругими элементами цилиндрической щетки при ударном нагружении /Библ.указат.ВИНИТИ "Депон.научн.работы", 1992. - № 8/250. - 14 с. •

10.Куличенко А.Я. Влияние электромеханического способа очистки'на шероховатость поверхности металла. - В кн.^ТМАЯ* НАМІБ ЕиЕМЕНТОУГ ПАЗгуи £Е бТОРОМмет.Тезисы докл. ІУ Международной конференции по вопросам машиностроения и строительства. Кгъзгм/В.?/, 1992. - С. 207-211.

11. Перепичка Е.В., Куличенко А.Я. Электродуговой метод очистки металлическими щетками и силы, способствующие поверхностному упрочнению. - В кн. НЕ52УТУ ЫАикоъ/т: РоитЕСНШКУ ^'АЕ5НА\>/5КУ.~'^/АИЗНАЗч^А/ВР/ . Тезисы докл. II Международной конференции по вопросам прочности машин. -1^.Е5НА^А/Віу,І990.-С.169-173.

12. Куличенко А.Я.Обработка плоской поверхности металли-

ческими щетками с одновременным нанесением покрытия // Технолог, и организац. пр-ва, 1992. № 2 - С.50-51. -

13. Куличенко А.Я. Геометрические показатели качества поверхности- изделий при электродуговом методе обработки. - В кн. Усовершенствование существующих и создание новых ресурсосохраняющих технологий и оборудования в машиностроении: Тезисы докл.

I Белорус. Республиканской конференции. - Могилев, 1991, чЛ,-С.29-30.

14. Куличенко А.Я. Электромеханический способ поверхностной обработки металлическими щетками.- В кн. Актуальные пробле- ‘ мы машиностроения на современном этапе: Тезисы докл. Всесоюзной конференции по вопросам технологии машиностроения. - Владимир,

1991. - С. 82-83. * ' ’ ‘

15. Куличенко А.Я., Литвиняк Я.М. Технологическое обеспечение эффективности очистно-упрочняющей обработки щетками // Библ. указат. ВИНИТИ " Депонированные научные работы", 1992. -

№ 7 /249/. - 17 с.

16. Куличенко А.Я., Перепичка Е.В. Влияние дугового способа обработки на формирование микрорельефа поверхности изделий.

- В кн.: Прогрессивные технологии в машиностроении: Тезисы докл. в школе - семинаре при Республиканском доме экономической и научно-технич. пропаганды.- Одесса , 1991.- С.32.

17. Куличенко А.Я., Литвиняк Я.М. Обеспечение точности при обработке повёрхности изделий щетками электромеханическим способом.- В кн.: Вопросы обеспечения точности машиностройт. производств: Тез. докл. III Всесоюзной научно-техн. конференции.- Пенза,

1992. - С. 28-29. . .

18. Куличенко А.Я. Электромеханический способ нанесения поверхностных покрытий дисковой комбинированой щеткой. - В кн.: 'Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий повышающих долговечность деталей машин: Тез. докл. межреспубликанской научно-техн. конференции - Волгоград, 1992.-

- С.31-32.