Технологічне забезпечення якості та експлуатаційних властивостей виробів параметрами імпульсної фрикційної обробки

Температури, які виникають в зоні контакту, визначали також аналітико-експериментальним методом. Сутність його полягає у тому, що температура визначається за розв’язком теплової задачі. Припускали, що джерела тепла виникають тільки в зоні контакту інструмента і деталі і їх інтенсивність невідома. Вважали, що процес зміцнення є доволі тривалим і тоді задачу можна розглядати у квазістаціонарній постановці. З метою повного розв’язку поставленої задачі експериментально визначали температури на оброблюваній поверхні перед областю контакту і за експериментальними даними знаходили в деякому січенні z = zp  10 мм критерії Біо, який характеризує теплообмін зони контакту з навколишнім середовищем. Прирівнюючи теоретично розраховану при різних значеннях критерію Біо температуру в січенні z = zp та температуру, отриману експериментально у цьому ж січенні, визначали для кожного значення критерію Біо відповідну постійну С. Отримані результати показали, що максимальна температура в зоні контакту інструмента і деталі залежить від розмірів зони контакту і швидкості переміщення джерела тепла і становить 1000-1250 К.

Точність виготовлення деталей машин, в основному, залежить від точності обладнання на якому проходить їх оброблення. Технологічне обладнання, яке виконує формоутворюючі функції щодо виробу, одночасно є і метрологічною системою. Для визначення і підвищення точності оброблених поверхонь визначали баланси точності, які дозволяють встановити вплив окремих факторів на точність обробленої поверхні, формоутворення, діагностувати джерело похибок за результатами вимірювань оброблених деталей.

Для розрахунку похибок оброблених поверхонь деталі використовували модель вихідної точності верстата, яка базується на системі розрахунків, які пов’язують відоме збурення з похибками даних поверхонь. Як вхідні параметри моделі розглядали похибки положення вузлів і елементів верстата, викликані різними фізичними процесами, а вихідні – похибки розмірів, розташування і форми оброблених поверхонь. Математична модель точності обробки циліндричної поверхні базується на системі оцінок точності зміцнення, які мають як вихідну величину похибку радіуса  . Це відхилення визначається як проекція   на нормаль до циліндричної поверхні. Як граничні оцінки є дві величини коливань діаметра: у заданому та у будь-якому січеннях. В останньому випадку максимальний діаметр може бути в одному січення, а мінімальний – в іншому.

Рівняння середньоквадратичного циліндра має п’ять параметрів: діаметр d і чотири малі відхилення – b, b, xb, yb, які характеризують ексцентриситет та перекошування середньоквадратичного циліндра як тверде тіло відносно осей Х і Y системи координат, пов’язаної з номінальним циліндром. Похибки положення визначаються кутом і відстанню між осями середньоквадратичного і номінального циліндрів, а похибки розміру – різницею їх діаметрів.

Математична модель точності оброблення циліндричних поверхонь представляє собою рівняння, що описують основні відхилення вихідної поверхні від номінальної:

 

тут – D – діаметр оброблюваної деталі.

Оцінка точності зміцнення плоских поверхонь має як вихідну величину похибку по висоті  . Це відхилення визначається як проекція   на нормаль до плоскої поверхні. Рівняння середньоквадратичного прямокутника має чотири параметри: товщина b і три малі відхилення – b, b, yb, які характеризують перекошування середньоквадратичного прямокутника як тверде тіло відносно осей Х і Y системи координат, зв’язаної з номінальним прямокутником.

Математичну модель точності оброблення плоских поверхонь отримуємо, розв’язавши систему рівнянь, яке описує основні відхилення вихідної поверхні від номінальної:

 

тут L – довжина оброблюваної поверхні деталі.

У зоні контакту проходять складні термохімічні реакції, які досить важко, а у більшості випадків не вдається аналітично описати. Представляє певні труднощі теоретично отримати аналітичні залежності для визначення товщини зміцненого шару, а також сил, які при цьому виникають, у залежності від основних технологічних факторів процесу. Для визначення товщини зміцненого шару та складових сили зміцнення побудували моделі, які враховують вплив усіх параметрів процесу одночасно. Для отримання простих, прийнятних для інженерних розрахунків, залежностей складових сили зміцнення та товщини зміцненого шару при різних умовах зміцнення було використано математичні методи планування експерименту.

Математичну модель визначення складових сили зміцнення будували за допомогою повного факторного експерименту і використовували матрицю планування типу 23. Залежність товщини зміцненого шару від режимів зміцнення має екстремум і лінійна математична модель є неадекватною, тому для її побудови було використано некомпозиційний план 2-го порядку. Обробка результатів експериментів і побудова математичних моделей здійснювалась з допомогою багатофункціонального математичного пакету MathCAD 7 Pro.

При імпульсному фрикційному зміцненні з використанням МХО-64а математична модель для визначення складових сили зміцнення та товщини шару має вигляд:

 ;

 ;

 .

та сірого чавуну:

 ;

 ;

 .

З отриманих моделей слідує, що на величину складових сили зміцнення найбільше впливає поперечна S та вертикальна t подачі. Менший вплив має швидкість переміщення стола верстата vст. Товщина зміцненого шару найбільше залежить від величини вертикальної подачі t.

У третьому розділі приведені результати експериментальних досліджень впливу технологічних параметрів фрикційного зміцнення на величину складових сили зміцнення, товщину зміцненого шару, шорсткість та точність оброблених поверхонь.

Формування структурно-напруженого стану при фрикційному зміцненні стальних та чавунних деталей залежить від його режимів, використовуваного технологічного середовища, матеріалу зміцнювального диску та інших факторів. Одним з