Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния проблемы 11
1.1. Существующие методики выбора методов ОУО ППД деталей 11
1.2. Существующая классификация ОУО деталей ППД 17
1.3. Взаимосвязь параметров качества поверхностного слоя с параметрами рабочей части инструмента и режимами при ОУО ППД
3.1. Формрование физико-механических параметров качества поверхностного слоя 27
1.3.2. Шероховатость и волнистость поверхности 45
1.4. Выводы 54
1.5. Цели и задачи работы 54
Глава 2. Разработка классификации методов ОУО ППД 56
2.1. Разработка классификации и критериев разделения методов ОУО ППД 56
2.2. Экспериментальная проверка теоретических положений разработанной классификации 67
Глава 3. Расчет параметров качества поверхностного слоя при статических методах ОУО ППД 84
3.1. Формирование микрогеометрии поверхностного слоя 84
3.1.1. Определение параметров профиля шероховатости при деформации 92
3.1.2. Расчет параметров упругого восстановления профиля шероховатости
3.2. Определение степени упрочнения при ОУО ППД 114
3.3. Взаимосвязь режимов обработки ОУО ППД и параметров инструмента с качеством поверхностного слоя 124
3.3.1. Определение геометрических параметров инструмента 124
3.3.2. Определение подачи при ОУО ППД 133
3.3.3. Расчет рабочего усилия при отделочных и отделочно-упрочняющих режимах ОУО ППД 139
3.3.4. Экспериментальная проверка полученных зависимостей 151
Глава 4. Расчет параметров качества поверхностного слоя при ударных (динамических) методах ОУО ППД 156
4.1. Взаимосвязь режимов обработки и геометрии инструмента с параметрами качества поверхностного слоя 156
4.2. Экспериментальная проверка полученных теоретических зависимостей 172
Глава 5. Моделирование процесса обработки при ОУО ППД 181
5.1. Дискретное геометрическое моделирование процесса ОУО ППД статическими методами 182
5.1.1. Описание модели и программы 183
5.1.2. Моделирование 200
5.2. Дискретное геометрическое моделирование процесса ОУО ППД ударными методами 202
5.2.1. Описание модели и программы 203
5.2.2. Моделирование 218
Глава 6. Обобщенная методология, алгоритм и программа проектирования операций ОУО ППД деталей машин исходя из их функционального назначения 222
6.1. Обобщенная методология проектирования ОУО ППД деталей машин 222
6.1.1. Разработка упрощенной методики выбора метода предшествующей ОУО ППД обработки 224
6.1.2. Разработка методики предварительного выбора группы методов и схем обработки ОУО ППД 225
6.1.3. Разработка обобщенной методики расчета геометрических параметров инструмента и режимов обработки 233 6.1.4. Разработка методики определения технико-экономических характеристик 244
6.1.5. Алгоритм проектирования операций ОУО ППД 250
6.2. Разработка программы проектирования операций ОУО ППД 253
6.2.1. Алгоритм и блок-схема программы проектирования операций ОУО ППД 262
6.3. Пример реализации разработанной методологии, алгоритма и программы 271
Основные результаты и выводы по работе 276
Список литературы
- Формрование физико-механических параметров качества поверхностного слоя
- Экспериментальная проверка теоретических положений разработанной классификации
- Расчет параметров упругого восстановления профиля шероховатости
- Экспериментальная проверка полученных теоретических зависимостей
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Потеря работоспособности деталей машин обычно связана с разрушением поверхностного слоя. Исследованиями Балтера М.А., Демкина Н.Б., Горленко О.А., Крагельского И.В., Кудрявцева И.В., Рыжова Э.В., Суслова А.Г., Федорова В.П., Федонина О.Н. и др. установлено, что функциональное назначение деталей машин в значительной мере определяется параметрами качества их поверхностного слоя.
Одними из наиболее простых и эффективных способов, обеспечивающих управление в широком диапазоне показателями качества поверхностного слоя (ПКПС), являются способы отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием (ОУО ППД). В результате ОУО ППД формируется требуемая шероховатость поверхности, твердость может достигать 650 HV, сжимающие остаточные напряжения до 1200 МПа.
На сегодняшний день существует множество методов ОУО ППД, и постоянно появляются новые, обладающие рядом собственных особенностей. Несмотря на это, до сих пор не существует общей методологии проектирования технологических операций ОУО ППД, позволяющей выбрать наиболее эффективный метод, а также назначить режимы обработки, обеспечивающие требуемое качество поверхностного слоя детали, максимальную производительность и (или) минимальную технологическую себестоимость в конкретных производственных условиях без проведения дополнительных экспериментальных исследований. Следовательно, отсутствует возможность создания автоматизированных систем проектирования технологических операций для ОУО ППД. Такое положение сдерживает внедрение методов ОУО деталей машин ППД.
Как показывает анализ литературы, одни и те же параметры качества поверхностного слоя можно получить используя различные методы и режимы ОУО ППД. Поэтому при выборе метода и режимов получается, как правило, множество вариантов. Таким образом, необходима выработка дополнительных критериев, позволяющих количественно оценить тот или иной метод и режим ОУО ППД. Наиболее часто в качестве критериев выбора используются производительность и технологическая себестоимость. Для их оценки необходимо определение трудоемкости операции.
Таким образом, имеет место совокупность научно-технических задач, решение которых позволяет разработать методологию, алгоритм и программу выбора оптимального метода и условий ОУО ППД, обеспечивающего требуемые параметры качества поверхности при минимальной технологической себестоимости, что дает значительный экономический эффект.
Исследования проводились при поддержке гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук и их научных руководителей «Разработка научных основ проектирования инструмента для обработки поверхностей деталей методом поверхностно- пластического деформирования» (МК-1338.2005.8).
Цель и задачи работы.
Цель работы - обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин, исходя из их функционального назначения, ОУО ППД с наибольшей производительностью или наименьшей технологической себестоимостью.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Дать научно-обоснованные критерии разграничения всех методов отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием на отделочные, отделочно-упрочняющие и упрочняющие, обусловленные функциональным назначением рабочих поверхностей деталей машин.
-
Разработать методологию выбора метода и назначения режимов ОУО ППД, обеспечивающих требуемый комплекс параметров качества обрабатываемой поверхности с учетом ее функционального назначения при минимальной технологической себестоимости или максимальной производительности.
-
Установить влияние исходной шероховатости поверхности, режимов и приведенного радиуса инструмента на формируемые параметры качества поверхностного слоя при отделочно-упрочняющей обработке ППД.
-
Разработать алгоритм и программное обеспечение для реализации предложенной методологии выбора методов и назначения режимов ОУО ППД.
-
Провести экспериментальную проверку разработанной методологии.
-
Разработать структуру базы данных и методику их наполнения по методам ОУО ППД для реализации предлагаемой методологи.
Методология проведения исследований. Методологической основной работы является системный подход к изучению и описанию взаимосвязи режимов обработки, параметров инструмента и параметров качества обрабатываемой поверхности при ОУО ППД. Теоретические исследования базируются на математическом описании процессов деформирования шероховатости обрабатываемой поверхности, моделировании на ЭВМ процесса переформирования исходного профиля шероховатости при различных условиях ОУО ППД.
Научная новизна работы.
-
-
Исходя из функционального назначения рабочих поверхностей деталей машин создана классификация всех методов ОУО ППД - это отделочная обработка, отделочно-упрочняющая обработка и упрочняющая обработка.
-
Впервые предложен научно обоснованный критерий для данной классификации методов ОУО ППД.
-
Получены теоретические зависимости для определения условий статических и динамических методов ОУО ППД, обеспечивающих требуемое качество поверхностного слоя в соответствии с созданной классификацией.
4. Осуществлено моделирование процессов статических и динамических методов ОУО ППД, позволяющее прогнозировать микропрофиль формируемой шероховатости.
Автор защищает следующие основные положения:
-
-
-
Классификацию всех методов обработки ОУО ППД с учетом функционального назначения обрабатываемой поверхности на отделочную, отделочно-упрочняющую и упрочняющую по критерию контактных деформаций исходной шероховатости.
-
Методологию и алгоритм выбора методов и режимов обработки, обеспечивающих требуемые параметры качества поверхностного слоя.
-
Физическую картину и математическую модель упруго-пластической деформации неровностей шероховатости при ОУО ППД.
-
Теоретические зависимости взаимосвязи параметров качества поверхностного слоя и условий обработки при ОУО ППД.
Практическая ценность работы.
-
-
-
-
Разработаны алгоритм и программа выбора методов и назначения режимов ОУО ППД различных деталей с учетом их функционального назначения.
-
Разработана программа анализа геометрических и физико- механических параметров поверхностного слоя и аналитического расчета параметров режима обработки для схемы «шарик-плоская поверхность».
-
Разработаны программы моделирования процесса обработки статическими и ударными (динамическими) методами.
-
Разработана конструкция универсального инструмента для ОУО ППД.
-
Разработаны рекомендации по выбору радиуса инструмента для отделочных и отделочно-упрочняющих режимов ОУО ППД.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных, Всероссийских и региональных научно-технических и научно-практических конференциях: международной научно-технической конференции «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием» Тула (2007г.); 6-й международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности», г.Брянск (2008г.); международной научно-технической конференции «Инструментальные системы машиностроительных производств» Тула (2008г.); международной научно-практической конференции «Наука и производство - 2009», Брянск (2009г.); международной научно-технической конференции «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности», г.Брянск (2011г.); расширенном заседании кафедры «Металлорежущие станки и инструменты» БГТУ, г. Брянск (2011); научном семинаре ассоциации технологов-машиностроителей в МГИУ, г. Москва (2011г.);
заседании технологической секции в БГТУ , г. Брянск (2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 32 печатные работы, из них 18 в изданиях, рекомендованным ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 188 наименований и приложений. Общий объем диссертации 302 страницы, в том числе 104 рисунка, 20 таблиц.
Формрование физико-механических параметров качества поверхностного слоя
Форма поверхности определяет сложность кинематики перемещения инструмента, либо сложность профиля инструмента. Размеры обрабатываемой поверхности сказываются на размерах инструмента как в виде ограничения по габаритам (при обработке мелких поверхностей), так и по производительности (большая площадь обрабатываемой поверхности для повышения производительности требует применения более крупного инструмента).
Несмотря на достаточно широкие возможности управления параметрами качества поверхностного слоя (ПКПС), каждый метод ОУО ППД имеет определенные ограничения по их достижимым значениям.
Жесткость и прочность детали ограничивают максимальное усилие обработки и таким образом могут повлиять на производительность обработки, конструкцию инструмента, возможность обеспечения требуемых степени и глубины наклепа, формы и вида следов обработки для конкретного метода, что может исключить его из рассмотрения.
Использование любой из существующих методик выбора из-за значительного перекрытия возможностей различных методов ОУО ППД дает в результате некоторый набор методов, из которых необходимо производить дополнительный выбор, который можно осуществить по одному из двух традиционных критериев: максимальной производительности или технологической себестоимости обработки поверхности.
Трудоемкость и производительность зависят от машинного времени, которое определяется по режимам обработки, и серийности производства, определяющей долю машинного времени в общей трудоемкости операции [93]. Для методов, использующих универсальное оборудование, машинное время определяют по зависимостям для процессов резания, кинематика которых наиболее близка к соответствующим процессам ОУО ППД [80, 95]. Как правило, это методы с упорядоченным расположением следов обработки. Для прочих методов (например, различных разновидностей обработки дробью, виброобработка), которые, как правило, характеризуются случайным расположением следов обработки, используются специальные зависимости [7, 29, 31, 33, 36, 50, 51, 53, 57, 60, 96, 173, 185], позволяющие получить время обработки, являющееся в данном случае составляющей частью режима.
Для определения технологической себестоимости в целом используются общепринятые методики расчета, освещенные, например в [93, 80]. Однако существует и ряд особенностей, присущих именно методам ОУО ППД.
Так, в работе Белова В.А. [13] рассмотрено определение технологической себестоимости обработки ОУО ППД плоских поверхностей методом обкатки шариковой головкой. В работах Алексеева П.Г. [10, 11] приведена методика расчета экономической эффективности и производительности некоторых методов ОУО ППД (в основном различных видов накатывания и раскатывания, а также алмазного выглаживания) и проведен анализ составляющих технологической себестоимости.
Обобщая материалы, представленные в этих, а также других работах [93], можно говорить, что для определения технологической себестоимости обработки методами ОУО ППД необходимо учитывать: - трудоемкость в виде штучно-калькуляционного времени Тшк на операцию и машинного времени То; - стоимость часа работы специального инструмента Си; - стоимость машиночаса работы оборудования Срм (станков и специальных установок). Учитывая высокую стойкость инструмента, значительно превосходящую время обработки одной детали [10, 11, 13], стоимость инструмента учитывается аналогично оборудованию, по стоимости часа работы. В стоимость машиночаса работы оборудования Со кроме затрат на электроэнергию, амортизацию, обслуживание и ремонт оборудования, стандартную оснастку, включается заработная плата основных и вспомогательных рабочих, а также наладчиков. Таким образом, доля технологической себестоимости обработки одной поверхности, связанная с используемым оборудованием и инструментом, определяется по зависимости: Ст = Тшк Со + То Си. (1.1) Затраты на час работы инструмента Си определяются по зависимости: Cu = H±3sJL Tu(K + \) v / где Н - начальная стоимость инструмента, Зв - средние затраты на восстановление инструмента (приобретение или изготовление новых рабочих элементов и сменных изнашивающихся деталей инструмента, восстановление деталей инструмента), К - общее количество восстановлений, Ти - период стойкости инструмента.
Период стойкости инструмента Ти связан с количеством циклов Ne нагружения рабочих элементов до появления контактных разрушений на их поверхности, зависящих в основном от характеристик инструментального материала и величины контактного давления, в значительной степени зависящего от твердости обрабатываемого материала. Так же влияние на стойкость инструмента для статических методов обработки оказывает скорость обработки, что связано с повышением динамических и тепловых нагрузок на рабочие элементы инструмента.
Экспериментальная проверка теоретических положений разработанной классификации
Подача при накатывании принималась из следующих соображений. Поскольку требуемые параметры шероховатости обеспечиваются деформацией исходной шероховатости, то наибольшая величина заглубления инструмента в деталь будет несколько превышать параметр Rp. Для обеспечения равномерной обработки необходимо чтобы следы обработки перекрывались. По данным [11, 13, 22, 27, 30, 37, 46, 47, 53, 54 и др.] величина коэффициента перекрытия обычно принимается не менее 2. Учитывая, что при малых значениях рабочего усилия глубина внедрения инструмента будет меньше Rp, величина подачи принималась с некоторым запасом, гарантирующим перекрытие следов обработки. В качестве допущения было принято, что минимальная величина внедрения не должна быть меньше 0,25 Rp. Для исключения влияния подачи при исследовании деформирования одинаковой шероховатости одним и тем же инструментом подачи принимались одинаковыми, а менялось только значение усилия.
Алмазным выглаживанием поверхности с шероховатостью Rz = 14 мкм не обрабатывались по следующим причинам. Во первых, такая шероховатость характерна для достаточно крупных деталей, обработка которых алмазным выглаживанием будет характеризоваться низкой производительностью. Во вторых, такая шероховатость формируется при относительно больших значениях подачи при предварительной обработке, определяющих соответствующую величину шага неровностей Sm. Из-за небольшого радиуса инструмента (алмаза) исходная шероховатость в значительной мере копируется. При этом возможно упрочнение дна исходной неровности при неполной деформации ее вершины.
Диапазон рабочих усилий для различных методов ОУО ППД определялся по зависимостям из [39, 40, 69]. Усилие при деформировании неровностей определяется зависимостью: Р = с катАг (2.2) где с = 2,87 - коэффициент стеснения, к - коэффициент упрочнения; Стт - предел текучести обрабатываемого материала заготовки; Аг - фактическая площадь контакта, определяемая по зависимости (1.46): Ar = Ac-b=-( 4v (2.3) 100 Rp где Ас - контурная площадь контакта. tm - относительная опорная длина на уровне средней линии, для токарной обработки составляет около 45%, а для шлифования - около 50%; у - уровень, на котором определяется относительная опорная длина, мкм; v - показатель степени, определяемый по зависимости (1.41), и равный при токарной обработке v = 1,5, при шлифовании v = 1,8. Учитывая допущение, что минимальная глубина внедрения при ОУО ППД не должна быть меньше 0,25 Rp, а также принимая во внимание зависимость (1.39), получаем: Аг = 0.138. ..0,144 Ас. (2.4) Для предварительных ориентировочных расчетов принимаем, что при минимальном внедрении инструмента фактическая площадь контакта определяется: Аг = 0.14Ас. (2.5) Поскольку радиус инструмента многократно превышает глубину внедрения, номинальную площадь контакта, с учетом уменьшения площади за счет скольжения и подачи, можно принять равной половине площади сферического сегмента, определяемую по зависимости: Ас = к г h, (2.6) где h - высота сферического сегмента, равная глубине внедрения сферы в поверхность. Учитывая принятые выше допущения, минимальная глубина внедрения (высота сегмента) будет равна 0,25 Rp. Тогда номинальная площадь контакта будет определяться как: Ас = 0,25 тг г Rp. (2.7)
Максимальное усилие при деформировании неровностей исходной шероховатости будет достигаться при полном ее передеформировании, достигаемом при контактном сближении обрабатываемой поверхности и инструмента, превышающем Rp. При этом номинальная площадь контакта, определяемая по зависимости (2.6), станет равна фактической. С учетом этого зависимость (2.2) будет иметь вид:
Таким образом, в зависимости от исходной шероховатости и твердости обрабатываемой поверхности, а также от радиуса инструмента, получаем ряд диапазонов ориентировочных значений рабочих усилий. Промежуточные рабочие усилия определялись как средние от максимальных и минимальных. Значения рабочих усилий уточнялись при проведении пробных проходов. Для этого с участка поверхности после пробной обработки ОУО ППД снималась профилограмма и проводился ее анализ по высотным параметрам. Если их величина попадала в рамки диапазона, значения параметров режима сохранялись, иначе корректировалось рабочее усилие в ту или иную сторону. Полученные значения рабочих усилий представлены в таблица 2.4.
Для обработки центробежно-ударным способом режимы подбирались следующим образом. Основной характеристикой при ударной обработке является энергия удара, которая в данном случае будет затрачиваться на работу по деформированию неровностей шероховатости. Величина этой работы ориентировочно определялась из следующих соображений. По мере деформирования неровностей шероховатости растет фактическая площадь контакта инструмента и обрабатываемой поверхности, а следовательно и рабочее усилие, достигая при полном деформировании исходных неровностей максимальной величины. Допустив, что рабочее усилие линейно изменяется в зависимости от величины контактного сближения, а также что величина сближения, необходимая для переформирования шероховатости составляет около Rp, работу по деформированию шероховатости при единичном ударе Лед (мкДж) можно определить по зависимости: Лед = 0.28 Pik, (2.10) где Р - рабочее усилие, необходимое для деформирования шероховатости на заданную величину, определяемое по зависимостям (2.8) или (2.9), Н; Rz- высота неровностей, мкм. Полученные в результате расчетов требуемые энергии и скорости единичных ударов уточнялись проведением пробных проходов. Уточненные значения для используемой установки приведены в таблица 2.5.
Расчет параметров упругого восстановления профиля шероховатости
Для подтверждения правильности принятой максимально допустимой величины «проседания» инструменты проводилось компьютерное модлирование процесса обработки различных поверхностей инструментом с отличающимися значениями радиусов рабочей части, разработанная программа и результаты моделирования представлены в пятой главе.
При больших радиусах инструмента на отделочных и отделочно-упрочняющих режимах может возникнуть еще одна трудность. Высота волнистости будет превышать высоту шероховатости и контактные площадки могут испытывать значительную неравномерность деформации: при попадании инструмента в район впадины волнистости увеличивается номинальная площадь контакта и соответственно уменьшаются контактные сближения, при попадании на вершину - номинальная площадь снижается, а контактные сближения растут. Это может привести к существенным отличиям получаемой шероховатости на различных участках обрабатываемой поверхности.
Исходя из геометрических соображений (рис. 3.23), для определения максимального радиуса инструмента получаем зависимость:
На сегодняшний день рассчитать шаговые параметры волнистости не представляется возможным. В связи с этим сложно дать обоснованные границы диапазона максимальных возможных радиусов инструмента при тех или иных условиях обработки. Соотношения между значениями Sm I Wz при различных видах обработки по данным [69, 40, 39, 43, 35] может колебаться в широких пределах (таблица 3.2).
Поскольку наиболее важным ограничивающим фактором является минимальное соотношение Smw/ Wz , то его можно принять равным 100 для всех методов обработки. Максимальное соотношение можно ограничить 1000. Тогда зависимость (3.67) приобретает вид: rmax = 0,62...62,5 Wz (3.68) Учитывая, что в наиболее типичных случаях высота волнистости меньше высоты шероховатости в 1,5...2 раза, зависимость (3.67) можно переписать в виде: rmax = 0,4...40Rz. (3.69)
Появление крайних значений диапазона достаточно маловероятно. Минимальные значения, как правило, более характерны для поверхностей относительно невысокой точности, а максимальные - для высокоточных. Тем не менее, как видно из зависимостей (3.65) и (3.69) существует вероятность, что максимальное значение радиуса окажется меньше минимального. В этом случае представляется целесообразным принять минимальное значение радиуса рабочей части инструмента, рассчитанное по зависимости (3.69).
Таким образом, на основании данных об исходной волнистости и шероховатости обрабатываемой поверхности, можно определить диапазон значений радиуса рабочей части инструмента. Выбор конкретного значения радиуса целесообразно производить из некоторого ряда типовых величин.
Для экспериментальной проверки зависимости (3.67) были проведены исследования по обкатыванию роликом большого радиуса наружной цилиндрической поверхности образцов из Стали 45, термообработанной до твердости НВ 250, с шероховатостью Rz = 8 мкм. Волнистость на поверхности формировалась подбором скорости и глубины резания при точении. В результате были получены следующие параметры волнистости: Wz = 6 мкм, Srriv, = 1.5 мм.
В соответствии с зависимостью (3.67), максимальное значение радиуса рабочей части ролика не должно превышать 23 мм. Для поведения исследований был принят ролик с профильным радиусом рабочей части 25 мм и 10 мм.
Исследования проводились для отделочно-упрочняющей обработки. Для обеспечения деформирования шероховатости в вершине волны близкой к максимальной контактная деформация неровностей была принята равной ук 0,8 Rp , где Rp - высота сглаживания исходной шероховатости. Для обеспечения коэффициента перекрытия следов обработки не менее 2, подача для ролика с профильным радиусом 25 мм составила So = 0,25 мм/об, для ролика с радиусом 10 мм - 250 Н. Рабочее усилие - 350 Н.
Профилограммы исходной шероховатости и полученной в результате ОУО ППД представлены на рис. 3.24. На рис. 3.246 представлен профиль волнистости после токарной обработки. По результатам измерений шероховатость в районе вершины волны составила Rz = 1.2 мкм, во впадине волны Rz = 6.8 мкм. То есть в вершине волны наблюдается упрочняющая обработка с полным переформированием профиля исходной шероховатости, а во впадине отделочная обработка, при которой происходит деформация только вершин неровностей. В тоже время при величине профильного радиуса инструмента г = 10 мм (рис. 3.24 г) наблюдается равномерная деформация шероховатости соответствующая отделочно-упрочняющей обработке. Высота неровностей полученной шероховатости составляет Rz = 2 мкм.
Экспериментальная проверка полученных теоретических зависимостей
По данным исследований, проведенных Смелянским В.М. [37], любое продольное сечение поверхности при ОУО ППД в пределах очага деформации можно рассматривать как плоско деформируемое. Поскольку инструмент моделируется серией одинаковых профилей, а каждое сечение поверхности считается плоско деформируемым, то каждое сечение поверхности проходит через одинаковые стадии деформирования при движении инструмента. Следовательно, достаточно иметь информацию о процессе деформирования неровностей в одном (последнем) сечении, прошедшим через все стадии деформирования, а все остальные сечения очага деформации в рассматриваемый момент времени будут соответствовать различным предшествующим этапам деформации этого сечения.
Работа модели начинается с установки инструмента в начальное положение. Поскольку собственно моделирование происходит в плоскости, то совмещение по оси Z происходит автоматически. Начальное положение по оси X задается пользователем (указывается расстояние от начала профиля до вершины инструмента). По оси Y нулевая точка инструмента устанавливается в положение, соответствующее максимальному значению профиля шероховатости.
Далее происходит пошаговое внедрение инструмента в обрабатываемую поверхность. На каждом шаге величина внедрения увеличивается на единицу, то есть на величину дискретности. При этом определяется объем вытесненного материала и его перераспределение. На каждом этапе внедрения определяется значение усилия. Затем цикл повторяется.
При достижении заданного рабочего усилия, внедрение инструмента прекращается, и инструмент устанавливается в новое начальное положение, смещенное по горизонтали на величину подачи Sz, после чего процесс внедрения повторяется.
Моделирование деформирования неровностей в контакте с инструментом В соответствии с теоретическими положениями, предложенными в данной работе, профиль впадины неровности при деформировании должен сохраняться.
Для моделирования процесса внедрения инструмента профиль поверхности разбивается на участки. С одной стороны каждый участок заканчивается в самом глубоком месте впадины шероховатости, с другой - в самом высоком месте выступа. Таким образом, каждый участок соответствует схеме деформирования неровности, представленной на (рис. 3.7) и (рис. 3.8).
Возможны два основных случая деформирования: 1. в контакте находится только один из участков, относящихся к одной и той же впадине шероховатости (слева или справа от впадины) 2. в контакте находятся оба участка одновременно.
При одновременном деформировании соседних вершин формируется парный участок, занимающий площадь от одной вершины до другой. Распределение материала, вытесненного инструментом на этих соседних участках, осуществляется в пределах их части, не находящейся в контакте с инструментом. Для вычисления площади вытесняемого материала определяются разности высот всех точек профиля шероховатости и инструмента в пределах парного участка и положительные значения суммируются. Отрицательные значения говорят об отсутствии контакта инструмента и обрабатываемой поверхности в этих точках, и их сумма (отрицательное целое число) определяет максимально возможное на данной стадии деформирования пространство для вытеснения в него материала. Полученную площадь необходимо распределить по свободной поверхности неровности в пределах участка. Предварительно определяется возможность такого перераспределения путем сравнения площади сечений вытесненного материала и свободного пространства.
Если распределение возможно, то для этого определяется, начиная от вершины одной из неровностей, последняя точка контакта с инструментом и со следующей за ней точки начинается поочередное добавление по единице к значению в каждой последующей точке, вплоть до точки контакта соседней неровности с инструментом. При этом от вытесненной площади каждый раз отнимается единица. Если в течение первого прохода вытесненная площадь не стала равной нулю, то начинается второй проход распределения. Как только вытесненная площадь становится равной нулю, распределение материала прекращается и сохраняется номер точки, на которой оно закончилось. На следующем этапе деформирования новое распределение начинается с этой точки, если она не попала в контакт с инструментом, либо с ближайшей к ней точки, не контактирующей с инструментом.
В случае, если распределение невозможно (вытесненного материала больше чем свободного места), моделирование переходит в режим деформирования сплошного материала.
Очевидно, что деформирование неровностей по первой схеме будет происходить на границе пятна контакта - там находятся одиночные вершины неровностей. При дискретном моделировании в процессе обработки появляется разрыв профиля на границе участков в районе впадины неровности, который должен устраниться при следующем проходе (рис. 5.3).
Похожие диссертации на Проектирование технологии отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием деталей машин с учетом их функционального назначения
-
-
-
-
-
-
