Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние проблемы повышения износостойкости деталей пар трения методом , ультразвуковой упрочняющей обработки с внедрением твердых смазок 12
1.1 Основы процесса ультразвуковой упрочняющей обработки (УУО) 12
1.1.1 Связь ультразвуковой упрочняющей обработки с методами поверхностно-пластического деформирования (ППД) 12
1.1.2 Параметры, определяющие режимы УУО 16
1.1.3 Процессы, происходящие в поверхностном слое при УУО
1.2 Оборудование, применяемое при УУО 23
1.3 Основные параметры УУО ,.
1.3.1 Материал заготовки 31
1.3.2 Амплитуда и частота колебаний 32
1.3.3 Статическая нагрузка 35
1.3.4 Технологические параметры УУО
1.4 Применение твердых смазочных покрытий при УУО 40
1.5 Выводы 45
2 Теоретические исследования технологического обеспечения геометрических параметров поверхности при УУО 46
2.1 Структурная схема процесса ультразвуковой упрочняющей обработки 46
2.2 Определение параметров площадки контакта инструмента и заготовки при УУО 49
2.2.1 Расчет параметров площадки контакта при обработке инструментом с цилиндрическим индентором 50
2.2.2 Расчет параметров площадки контакта при обработке инструментом со сферическим индентором
2.3 Определение фактической площади развертки площадки контакта инструмента и заготовки 62
2.4 Расчет основных технологических параметров УУО
2.4.1 Определение продольной подачи ультразвукового инструмента 66
2.4.2 Определение частоты вращения шпинделя станка 67
2.4.3 Определение статической силы прижима инструмента 73
2.5. Определение значений шероховатости и изменения размеров обрабатываемой детали в результате УУО
2.6 Вычисление области значений коэффициентов перекрытия и обработанное для углеродистых конструкционных сталей 79
2.7 Выводы 82
3 Экспериментальные исследования влияния режимов ууо на износостойкость обрабатываемой поверхности
3.1 Методика планирования экспериментальных исследований 84
3.2 Описание экспериментальной установки 92
3.3 Подготовка экспериментальных образцов для испытаний 96
3.4 Проведение ультразвукового упрочнения с внедрением твердой смазки 97
3.5 Проведение испытаний на износостойкость 98
3.5.1 Аппаратура и условия испытаний 98
3.5.2 Определение весового износа 100
3.6 Обработка результатов эксперимента 113
3.7 Определение значений коэффициентов перекрытия и коэффициентов обработанности для конструкционных углеродистых сталей 117
3.8 Выводы 119
4 Практическая реализация результатов исследований
4.1 Разработка методики проектирования операции ультразвуковой упрочняющей обработки
4.2 Разработка компьютерной программы для расчета режимов УУО
4.2.1 Составление и отладка программы 123
4.2.2 Графическое представление вида обработанной поверхности
4.3 Применение методики для проектирования операции УУО для детали «Коленчатый вал» холодильного поршневого компрессора
4.4 Выводы 131
Основные результаты и выводы 137
Список использованных источников
- Оборудование, применяемое при УУО
- Определение статической силы прижима инструмента
- Проведение испытаний на износостойкость
- Применение методики для проектирования операции УУО для детали «Коленчатый вал» холодильного поршневого компрессора
Введение к работе
Актуальность темы. Ультразвуковая упрочняющая обработка (УУО) – один из методов поверхностного пластического деформирования (ППД). Благодаря данному методу возрастает микротвердость поверхностей, уменьшается шероховатость, улучшается совместимость материалов деталей пар трения, снижается износ во время приработки.
Разработанные, исследованные и внедренные в практику в 1972 г. д.т.н., А.В. Телевным основы модифицирования поверхностного слоя на основе объемной микропластичности, и созданный на их основе метод ударно-акустической обработки (УАО), являющийся разновидностью УУО, обеспечили внедрение в серийное производство авиационной и космической техники, а также в ремонтное производство для автомобильной промышленности механических систем для УУО. Однако в настоящее время отсутствует четкая методика назначения режимов УУО при обработке поверхностей деталей пар трения.
Учитывая возрастающие требования к качеству и необходимость обеспечения долговечности деталей в процессе эксплуатации, являются актуальными исследования, направленные на разработку методики назначения рациональных режимов обработки, при которых обеспечивается высокая износостойкость поверхностного слоя, и разработку методики проектирования технологической операции УУО.
Объект исследования. Процесс УУО с одновременным нанесением твердого смазочного покрытия и качество рабочих поверхностей и поверхностного слоя деталей после обработки.
Цель работы. Повышение качества, износостойкости рабочих поверхностей деталей пар трения путем назначения рациональных технологических параметров УУО с одновременным нанесением твердого смазочного покрытия.
Задачи работы.
-
Разработать расчетные схемы контакта индентора и обрабатываемой поверхности детали при УУО.
-
Разработать формулы для нахождения параметров площадки контакта инструмента и детали от геометрических параметров инструмента и детали и свойств материала детали. Получить зависимости подачи инструмента, частоты вращения заготовки, статической силы прижима инструмента от параметров площадки контакта инструмента и детали, позволяющие назначать технологические режимы обработки, при которых достигается высокая износостойкость обрабатываемой поверхности.
-
Провести экспериментальные исследования влияния режимов УУО на износостойкость деталей пар трения и определить на их основе рациональные режимы УУО, обеспечивающие высокую износостойкость деталей пар трения.
-
Разработать методику проектирования операции УУО.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились на основе научных положений технологии машиностроения, трибологии, теории планирования эксперимента и математического моделирования. Экспериментальные исследования проведены с использованием лабораторной контрольно-измерительной аппаратуры и оборудования.
Научная новизна:
1. Разработаны формулы для определения параметров развертки площадки контакта ультразвукового инструмента и детали, полученные на основе рассмотрения их взаимодействия в зависимости от геометрических параметров и свойств материала детали; получена зависимость для нахождения развертки фактической площади контакта ультразвукового инструмента и детали при обработке.
2. Получены зависимости для подачи инструмента, частоты вращения шпинделя, включающие характеристики регулярного микрорельефа - величины коэффициентов перекрытия (обработанности), позволяющие назначать технологические режимы обработки, при которых достигается высокая износостойкость обрабатываемой поверхности.
3. Установлены экспериментальные зависимости износостойкости обрабатываемых поверхностей деталей от параметров УУО с внедрением твердой смазки, и от значений общего коэффициента обработанности, и подобраны на их основе рациональные технологические режимы обработки.
Практическая ценность.
-
Разработана методика проектирования операции УУО с внедрением твердой смазки.
-
Разработана компьютерная программа по расчету режимов УУО.
Достоверность результатов исследования. Результаты работы получены с использованием статистических методов обработки экспериментальных данных, адекватность экспериментальных моделей проверена по t-критерию Стьюдента.
Реализация результатов работы. Результаты научных исследований рекомендованы к внедрению в виде методики назначения рациональных режимов обработки в ОАО «НИИ технологии, контроля и диагностики железнодорожного транспорта».
Представленные в диссертационной работе исследования связаны с выполнением аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2006 – 2008 г.).
Основные положения диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры «Технология машиностроения» ОмГТУ при курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Материалы исследований доложены и обсуждены на научных семинарах и расширенном заседании кафедры «Технология машиностроения» (ОмГТУ, Омск) в 2008 – 2010 г.г.; III Международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (Омск, 2007); IV Международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения» (Омск, 2007); VI Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2007); Юбилейной межвузовской научно-практической конференции аспирантов, студентов и молодых исследователей «Теоретические знания – в практические дела» (Омск, 2008); на научных семинарах кафедры «Общая технология машиностроения» Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, (Барнаул, 2008-2009).
Публикации. По материалам теоретических и экспериментальных исследований опубликовано 10 работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка использованной литературы из 101 наименования, 2 приложений.
Работа содержит 149 страниц, в том числе 127 страниц основного текста, 48 рисунков, 21 таблицу и приложения на 10 страницах.
Оборудование, применяемое при УУО
В последние годы в качестве отделочных методов обработки стало использоваться поверхностное пластическое деформирование (ППД), например, обкатывание шариками, роликами, алмазное выглаживание, позволяющее получать высокое качество поверхности деталей и увеличивать их ресурс работы. ППД используют для повышения сопротивления усталости и твердости поверхностного слоя металла, а также для формирования в этом слое направленных внутренних напряжений (преимущественно напряжений сжатия) и образования регламентированного рельефа микронеровностей на поверхности [16, 27, 31, 61-63, 66]. По сравнению с традиционными методами финишной обработки ППД имеет ряд достоинств. Общим достоинством всех способов ППД являются образование мелкозернистой структуры и отсутствие термических дефектов. Можно уменьшить шероховатость поверхности в несколько раз за один рабочий проход и достигнуть Ra=0,l - 0,05 мкм, образовать регулярные микрорельефы с заданной площадью углублений для задержания смазочного материала, повысить микротвердость и сформировать сжимающие остаточные напряжения [88].
Поверхностно-пластическое деформирование осуществляют для формирования микрорельефа и улучшения физико-механических свойств поверхностного слоя, в частности остаточных напряжений и наклепа [88]. Отличительные признаки поверхностного слоя детали обусловлены технологической наследственностью и условиями эксплуатации. При эксплуатации поверхностный слой подвергается физико-химико-механическим воздействиям, которые ведут к механическому износу, эрозии, кавитации, коррозии, образованию усталостных трещин [11, 29, 44, 45, 65, 93]. Все разрушения начи наются на поверхности и в поверхностном слое, например лепестковый износ [101]. В связи с этим к поверхностному слою предъявляются более высокие требования, чем к основной массе металла [25]. Процесс изнашивания зависит от многих факторов, к которым в первую очередь следует отнести: сочетание физико-механических свойств трущихся материалов, шероховатость, точность контактных поверхностей и условий трения [4]. Количественное значение и соотношение этих и других факторов изменяют картину изнашивания и характеризуют тот или иной вид износа [33]. Согласно [5-7, 12, 17, 21], закон изнашивания, т.е. зависимость интенсивности (скорости) изнашивания от давления, механических, микрогеометрических характеристик изнашиваемой поверхности, фрикционных параметров сопряжения, скорости скольжения, температуры и т.п., определяется, прежде всего, видом изнашивания (усталостное, абразивное и т.д.). Эти зависимости строятся на основании экспериментальных и теоретических исследований.
Согласно ГОСТ 18296-72 ППД подразделяют на статические и ударные [53, 54]. При обработке ударными методами ППД происходит перековка (наклеп) поверхностного слоя деталей. При ударе через промежуточную среду (смазку) в поверхностном слое формируются остаточные напряжения сжатия, что способствует повышению конструкционной прочности деталей, достижению необходимой твердости поверхности, получению нужного параметра шероховатости, улучшению антифрикционных свойств, и, следовательно, повышению надежности всего изделия.
Среди множества разновидностей методов ППД наиболее эффективным является ультразвуковая упрочняющая обработка (УУО) инструментом, колеблющимся с ультразвуковой частотой [14, 15, 49, 52, 99].
Ультразвуковая упрочняющая обработка является одним из ударных методов поверхностно-пластического деформирования. Сравнительный анализ технологических методов обработки поверхностей свидетельствует о том, что метод УУО в наибольшей степени позволяет изменять параметры поверхностного слоя. В то же время методики, позволяющие назначать технологические режимы обработки для достижения необходимых критериальных значений качества поверхности изделий из различных обрабатываемых материалов, отсутствуют.
Ультразвуковой наклеп - один из новых методов упрочнения пластическим деформированием стальных деталей машин и инструмента, имеющих высокую исходную твердость. Сущность его в том, что стальной или твердосплавный шарик, жестко связанный с концентратором ультразвукового преобразователя, ударяет по упрочняемой поверхности с частотой 18 - 22 кГц и одновременно с этим вдавливается в поверхность под постоянным давлением, создаваемым грузовым натяжным устройством. При этом переменная ударная сила может достигать значительной величины [38, 39, 42, 94]. При наложении на боек (шарик или ролик) колебаний ультразвуковой частоты процесс упрочнения значительно интенсифицируется, что позволяет при весьма малых статических усилиях нагружения обеспечить высокие эксплуатационные характеристики обработанных поверхностей. Возможность снижения усилий объясняется и высокой температурой процесса, достигающей 1000 - 1200С [55, 64]. При этом упрочнение сводится к термопластическому деформированию материала поверхностного слоя, инструментом, вибрирующим с частотой 18-25 кГц [69].
Определение статической силы прижима инструмента
Таким образом, представленные формулы (32), (36) и (37) будут являться формулами для определения параметров теоретической площади контакта инструмента и заготовки при обработке внутренней цилиндрической поверхности ультразвуковым инструментом со сферическим индентором.
По формулам (21), (25), (31) и (37) рассчитывается теоретическая площадь контакта инструмента и заготовки, т.е. площадь, образующаяся при пересечении двух цилиндрических, плоской или сферической поверхности. Однако, чтобы вычислить фактическую площадь контакта, необходимо учитывать также положение инструмента между соударениями и величину, на которую сдвигается инструмент с учетом продольной подачи S. Необходимо отметить, что задача определения фактической площади контакта подробно описана Д.Д. Папшевым в работе [57], где представлена методика определения площади контакта при обкатке шариками.
При обработке наружной цилиндрической поверхности площадь контакта KKjL имеет форму, изображенную на рисунке 23 б. На рисунке 23 а сплошной линией показано положение рабочей части инструмента в данный момент, а штриховой - положение инструмента до поворота детали на один оборот. Величина перемещения центра рабочей части инструмента из точки О/ в точку О равна его подаче за один оборот детали.
Площадь контакта ограничивается дугой эллипса КК/, являющейся линией выхода из контакта инструмента и детали, дугой эллипса KjL - линией выхода инструмента из контакта с поверхностью и прямой KL. Нужно отметить, что в процессе обработки последующее пятно контакта переместится в окружном направлении относительно предыдущего на величину 1/2.
Если дуги эллипсов аппроксимировать дугами парабол, то контактная площадь Fk будет состоять из двух параболических полусегментов KKjN и KjLN. Следовательно: Fk= -KL-KXN. (38)
Линия контакта KL=a+0,5S, где а - линия контакта до центра. Для любой точки, лежащей на эллипсе, справедливо равенство [70]: b Гі 2 У = -Ча -х (39) а гдехиу — координаты точки Kj. Примем за начало координат О , тогдах=а - и (40) y=KlN=-JS(2a-S)+-. а 2 Подставим значения KL и KJNB выражение (32). Тогда: (41) Fk (2a + S)(b і о „, 1Л U 2) Выражение (41) будет являться выражением для определения площади контакта инструмента и детали при УУО. Данное выражение отличается от формулы, разработанной Д.Д. Папшевым, тем, что учитывается величина сдвига площадки контакта в окружном направлении 1/2 и рассматривается развертка площадки контакта, что позволяет более точно определить фактическую площадь развертки площадки контакта инструмента и детали.
При УУО может существовать множество вариантов взаимного расположения площадок контакта, образующихся на обрабатываемой поверхности при ударе инструмента. Их взаимное расположение будет зависеть от подачи инструмента в продольном направлении, от частоты вращения заготовки и от статической силы прижима ультразвукового инструмента. Из множества ва риантов рассмотрим в качестве примера три основных: когда соседние площадки контакта не перекрываются друг другом (рис. 24 а), перекрываются на половину (рис. 24 б), перекрываются на три четверти (рис. 24 в) [41, 76]. Для представленных трех вариантов необходимо вычислить подачу и частоту вращения заготовки.
Затем, зная при какой частоте вращения и подаче какой образуется вариант взаимного расположения площадок контакта, следует провести обработку и выяснить, какой из трех вариантов больше влияет на повышение износостойкости поверхности детали. Сначала определим величину подачи для всех схем обработки (рис. 15, 20 - 22). 2.4.1 Определение продольной подачи ультразвукового инструмента
Из рисунка 24 а видно, что при расположении площадок контакта, когда они не перекрывают друг друга, подача будет равна: S=2a, (42) где а — малая полуось площадки контакта инструмента и заготовки. Из рисунка 24 б видно, что при расположении площадок контакта, когда они перекрывают друг друга на половину, подача вычисляется как: S=a. (43) При взаимном расположении площадок контакта, когда они перекрывают друг друга на три четверти, подача будет равна: S=a/2. (44)
Необходимо вывести общую формулу для определения подачи для всех вариантов взаимного расположения площадок контакта. При обработке часть площадки контакта перекрывается последующей. Чтобы отобразить величину перекрытия, вводится соответствующий коэффициент Кп. Коэффициент перекрытия в направлении подачи вычисляется по формуле: Kns=l-S/2a. (45) Данный коэффициент показывает, какая часть площадки контакта в направлении подачи перекрывается соседней. Из данной формулы видно, что для варианта, представленного на рисунке 24 а, К„=0; для варианта на рисунке 24 б К„=1/2; для варианта на рисунке 24 в К„=3/4. Тогда общая формула для определения подачи для всех вариантов расположения площадок контакта будет иметь вид: S=2a(l Kns), (46) Или, подставив вместо а формулу (11) получим: Spac4=2-JW-[l-SA. (47) Формула (47) справедлива как при обработке наружной цилиндрической поверхности инструментом, имеющим цилиндрический индентор, так и при обработке наружной, внутренней и торцевой поверхностей у/з инструментом, имеющим сферический индентор.
Необходимо отметить, что по формуле (47) определяется расчетное значение подачи. Расчетное значение следует согласовать с имеющимися величинами подач на станке. И затем, подставив реальную величину подачи, определяется действительный коэффициент перекрытия:
Таким образом, получены формулы для определения расчетных значений подачи инструмента для всех возможных вариантов взаимного расположения лунок в направлении продольной и поперечной подачи, а также выведена формула для определения действительного коэффициента перекрытия в зависимости от имеющихся на станке подач.
Частота вращения определяется для тех же трех вариантов взаимного расположения площадок контакта, но по длине окружности обрабатываемой заготовки. На рисунке 25 показаны три варианта взаимного расположения площадок контакта: без перекрытия (рис. 25 а); с перекрытием на половину (рис. 25 б); с перекрытием на три четверти (рис. 25 в).
Из представленных схем видно, что заготовка в промежутке между двумя соударениями поворачивается на какой-либо угол а. Зная этот угол, можно определить количество площадок контакта, образующихся за один оборот заготовки.
Необходимо получить общую формулу для определения частоты вращения. Чтобы отобразить величину перекрытия площадок контакта вводится коэффициент перекрытия по окружности Кп". Коэффициент перекрытия по окружности показывает, какая часть площадки контакта в окружном направлении соседней.
Проведение испытаний на износостойкость
Планирование эксперимента проводилось по результатам изучения источников [2, 3, 9, 36, 46, 48]. Планирование эксперимента проводится с применением симплекс решетчатых планов. Чтобы их использовать необходимо решить задачу, в которой факторы (подача, частота вращения, статическая сила) связаны соотношением: 2 , =1;х( 0 (82) \ i q где х, - доля z-го параметра в исследуемом процессе; q - число параметров в процессе. Геометрическое место точек, удовлетворяющих условию, представляет собой (q— 1) - мерный правильный симплекс. Для q=3 это треугольник. Каждой точке такого симплекса соответствуют определенные параметры поверхностно- го слоя. И наоборот, любой комбинации относительных содержаний q компонентов соответствует определенная точка симплекса.
При q=3 - (система трех параметров) (#-1) - мерный симплекс это треугольник. Каждому параметру процесса соответствует определенная точка симплекса. Вершины треугольника соответствуют чистым компонентам, а стороны - двойным системам. Определение координат при трехкомпонентной системе показано на рисунке 29. Параметрам поверхностного слоя, соответст А X МММ вующих точке М, содержание компонентов определяется отрезками х/ , Х2 , Хз . Эти отрезки отсекаются на соответствующих сторонах симплекса прямыми, проходящими через точку М параллельно сторонам треугольника.
При планировании эксперимента целесообразно использовать симплекс-решетчатые планы. Эти планы позволяют оценить коэффициенты по-линомной модели степени п, каноническая форма которой имеет вид: где s = i{ -i2 -...-/„ , sI+s2+:.+sm=n. Полиномы такого вида (называемые приведенными) получают из обычных полиномов: y=k + TPi xi+ Z bij-xrxj+...+ Ypijk- -$--f (84) \ к \ i ,j k yl,z kiJ=d соответствующей степени для q переменных введением соотношения х, =1 и содержат Cg+n.\ коэффициентов. l l q Для приведения полинома третьей степени (я=3) У=Ь0 + Yjbi xi+ Z biJ xi XJ + ZV XJ хк (85) 1 г г \ l j k \ I j k q к виду: У= Z$ ,+ Z 4 xi XJ + Z XJ - _Лу) + ZA " ; XJ xk (86) ЫЙ7 1 ( 7 l i j q tet j k q необходимо кроме подстановки: Д — Д/т "— Лі " JVj Лл " Д"5 } Д"2 " л л-і " Ло — -Л"} Л-1 ( О / ) и bo=b0-xj+ b0-x2+...+ b0-xq (88) замещение л:, на (89) и х5-хҐ (в членах byk Xi -xj и b Xi-xj для х /) на: і [XS " Xt XS Xt \XS Xc)\ 2-iXs Xt Xk k=\ {k f) (90)
Для оценки приведенного полинома (84) выбраны планы, обеспечивающие равномерный разброс экспериментальных точек по (#-1) - мерному симплексу. Точками таких планов являются узлы {q, п) симплексных решеток. В {q, п) - решетке для каждого фактора используется п+1 равнораспо 1 2 ложенных уровней в интервале от 0 до 1 (#, =0;—;—...1) и принимаются все п п возможные их комбинации. Так, число таких комбинаций Cq+n.i равно числу оцениваемых коэффициентов в приведенном полиноме степени, набор точек 1 2 (хію х2и, , хЧи). u=l,2,...,N = С"+п_х, где xiu = 0, -,-,... Д;]Г й,=1 образу ют на П П \ i q сыщенный симплекс-решетчатый план {q, п}. Ряд симплекс-решетчатых планов низшего порядка входит в планы более высокого порядка. Это свойство необходимо учитывать при изучении многокомпонентных систем. При НеДООЦеНКе СЛОЖНОСТИ ПОВерХНОСТИ ОТКЛИКа НаЙДеННЫЙ ПОЛИНОМ СТепеНИ Л/, будет неадекватным и потребует дополнительных экспериментов для повышения степени полинома до п2 л/.
Для оценки коэффициентов аппроксимирующего полинома степени п во всех точках плана, соответствующих узлам {q, п}- решетки, реализованы опыты и определены отклики системы у. Отклики для параметров, содержащих один нулевой параметр (вершина комплекса), обозначаются через yh отклик для 1:1 бинарной системы параметров і и у — через уу (/ /), для 2:1 или 1:2 параметров і и у соответственно - через yUJ и уш (i j), отклик для 1:1:1 тройной смеси параметров i,j, к— черезу-ф {i j k} и т. д.
Записаны координаты точек, и получена матрица планирования. Симплекс - решетчатый план для трех параметров третьего порядка представлен в таблице 5. Коэффициенты приведенных полиномов определены с помощью расчетных нижеприведенных формул. Для получения расчетных формул в полином последовательно подставлены координаты всех точек плана, а вместо выходов - соответствующие данным точкам значения у.
Формулы для расчета дисперсии предсказанного значения исследуемого свойства могут быть получены из самих аппроксимирующих уравнений с учетом того, что регрессивные коэффициенты являются линейными функ циями откликов в узлах симплекса, а переменные определены без ошибок. Для моделей различных порядков дисперсии предсказанного значения принимают дующий вид: где У {у} - дисперсия предсказанного значения у; с? {у} - дисперсия воспроизводимости эксперимента; ПІ - число параллельных опытов в соответствующей точке симплек xt — координаты точки, в которой определяется дисперсия с?{у}. Для модели третьего порядка: Cijk {у} = М «с, \ i qni \ i j qnij \ i j qnUj ] i j q nijj l i j k q Пцк (98) c,=--v(3 ,-lK3-.x,-2); где %=---v-v(3 _1); cijk — 27-д:,- -Xj -xk. Проверка адекватности проведена для каждой контрольной точки используя соотношение: t = (у-у) (99) п Величина / сравнена с табличным значением критерия Стьюдента. Гипотеза об адекватности уравнения регрессии не отвергается, если вычислен ное значение по выражению (99) меньше табличного во всех контрольных точках.
По результатам проведенных экспериментов составлена матрица планирования, представленная в таблице 6.
По проведенному эксперименту составляется уравнение. Коэффициенты полинома (96) определяются по формулам (92-95).
В матрицу планирования заносятся данные по микротвердости, шероховатости и весовому износу в период приработки, полученные по результатам экспериментальных исследований. Также в матрицу планирования заносятся данные для образца без УУО и для образца с термообработкой.
Применение методики для проектирования операции УУО для детали «Коленчатый вал» холодильного поршневого компрессора
Формулы для расчета основных параметров УУО довольно громоздки и сложны для вычисления вручную, следовательно, выполнение расчета будет занимать много времени. Поэтому для ускорения расчетов по данным формулам необходимо составить программу по вычислению режимов процесса и графического представления результатов. С помощью данной программы можно не только рассчитать значения подачи и частоты вращения при заданных Xs и Хп, диаметре заготовки D=2R2, радиусе инструмента Rj, частоте ультразвукового генератора/и глубине внедрения инструмента в поверхность заготовки h, но и получить наглядное представление о виде поверхности получаемой при заданных параметрах. Распечатка программы представлена в Приложении Б. Программа разработана на языках программирования Turbo Pascal и Delphy [26, 56]. Представленная программа разработана на основе программы для назначения режимов вибронакатывания, представленной в работе [47].
Программа состоит из следующих блоков: ввода исходных данных, необходимых вычислений, определения режимов обработки и графического представления обработанной поверхности при заданных условиях процесса [77]. Рассмотрим отдельно каждую составляющую программы.
Ввод исходных данных Текстовый файл исходных данных содержит следующие сведения: D - диаметр обрабатываемой детали, мм; Ls (A.J - коэффициент обработанности в направлении продольной подачи; Ln (X„) - коэффициент обработанности в окружном направлении; z (/) - число полных циклов колебаний ультразвукового инструмента, Гц; R1 - радиус инструмента, мм; h - глубина внедрения инструмента в поверхности заготовки, мм; mah — масштаб выводимого изображения; NS - количество подач; SST- ряд значений подач данного станка; NN -количество частот вращения шпинделя станка; NST- ряд значений частот вращения станка. Файл исходных данных имеет следующий вид: 6.494 500 18000 0.02 15 0.05 0.06 0.075 0.09 0.1 0.125 0.15 0.175 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.5 0.6 12.5 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600
Проведение необходимых вычислений и определение режимов обработки После ввода данных осуществляется открытие графического окна. Для графического представления результатов произведем следующие вычисления исходя из введенных данных: 1) Малая полуось пятна контакта инструмента и заготовки: 124 с = J2Rrh . (ПО) 2) Большая полуось пятна контакта инструмента и заготовки: k = j2R2h. (Ill) 3) Расчетное значение подачи: SR = -- h. (112) 4) Расчетное значение частоты вращения: L-л \R, (113) Для контроля расчетных значений подачи и частоты вращения выведем их в файл результатов «res.txt». По полученным данным из соответствующего веденного ряда выбираем ближайшие значения подачи и числа оборотов, по которым и рассчитаем коэффициент обработанности в направлении продольной подачи и коэффициент обработанности в окружном направлении соответственно:
В результате проведения необходимых вычислений по формулам (111-118) получаем графическое окно, где представлен вид поверхности обработанной детали в соответствии с заданными значениями (рис. 49).
Необходимо добавить, что разработанная программа для большей наглядности в графическом окне отображает каждый сотый отпечаток от удара индентора ультразвукового инструмента. Fomi1
С помощью файла результатов мы можем определить следующее: - какие исходные данные были введены; - расчетные значения подачи и частоты вращения; -действительные значения подачи и частоты вращения после их сопоставления с рядом чисел оборотов и подач станка; -значения коэффициентов обработанности в окружном направлении и в направлении продольной подачи при выбранной подаче и числе оборотов. Блок-схема разработанной программы представлена на рисунке 50. 1 начало І Ввод данных из файла УалпуеМ" (переменные! Ц Is, in z, w. R1,h,mahJS.SSTM NST / R2=0/2 D-диметр обрабатываемой детали Ls-козффициент абработонностиб напрадлении продольной подачи Ln-козффициент отработанности б окружном направлении z-число полных циклоб колебайний инструмента за 1 сек R1-paduyc сферы шаробого сегмента h-глубина бнедрения инструмента б поверхности заготобщмм NS-каличестбо подач б стандартном ряде SST-ряд стандартных подач NN-количестбо частот вращения заготовки NST-ряд частот вращения заготовок man-масштаб изображения поверхности (Вывод данных в файл "resM" D.Ls.Lniw. Rl h mah NS. SSTM NST Вывод введенных данных в файл результатов Открытие графического окна Открытие графического окна для изображения результатов Вычисление: РІ:=ЗЖ9 C=sqrt(2xR1xh) k=sqrt(Dxh) SR=(2/Lshqrt(2xhxR1l №=(60xz/Lnxpilteqr}(2xh/R2j рі-стандартной значение,. с-одна из полуосей эллипса к-бтарая полуось эллипса SR-расчетное значение подачи NR-расчетное значение частоты вращения Печать б файл "resJxt". SRJR Вывод расчитанных значений подачи и частоты вращения Рисунок 50 - Блок-схема программы по расчету режимов УУО 128 -u WS-i\ —I Начало йшла для подбора ближаишега из ряда значения подачи SR SSJTH 1 Да s ssm Нет мг/feln (fff, Подходящего значения обороті непі} J i-XNN-1 H Начала цикла для подбора ближайшего из ряда значения частоты вращения Нет Ла N NSTfi writeln (fff. Подходящего значения подачи непі) 7г Lsf=(2/SM sqrH2 h R1) Lnfi={60 ir/Nx p№sqrf{2xh/}?2) Вывод npane-жцтючных данных 6 файл res./xf" {Ъсчет коэффициентов офаоатзннпсти б направлении продольной пааЬчи и б окружная направлении с учутап
