Содержание к диссертации
Введение
1. Современные представления о способе деформационного плакирования гибким инструментом 11
1.1. Принципиальные схемы и основные гипотезы формирования поверхностного слоя при ДПГИ 11
1.2. Комплексный анализ теоретических и экспериментальных исследований метода ДПГИ 16
1.2.1. Анализ методов расчета основных параметров ДПГИ 18
1.2.2. Оценка известных моделей тепловых и деформационных процессов при ДПГИ 24
1.2.3. Обобщение результатов исследований параметров поверхностного слоя
при плакировании 28
1.2.4. Анализ влияния процесса ДПГИ на эксплуатационные свойства изделий и уровень его промышленного использования 34
1.3. Выводы 36
1.4. Цель и задачи исследований 37
2. Теоретические основы формирования и оценки качества пластически деформируемого поверх ностного слоя при плакировании 39
2.1. Физическая модель процесса ДПГИ и механизм формирования биметаллического слоя 39
2.1.1. Плакирование гибким инструментом — один из видов механо-термического напыления с одновременным пластическим деформированием поверхности 39
2.1.2. Механизм образования адгезионных покрытий при ДПГИ 42
2.1.3. Применение теории топохимических реакций для описания и анализа процесса адгезионного взаимодействия материалов 47
2.2. Область существования процесса плакирования и граничные условия формирования качественного поверхностного слоя 54
2.3. Определение системы показателей качества биметаллического слоя при плакировании 68
2.3.1. Формирование микрогеометричекских характеристик поверхностного слоя 68
2.3.2. Определение механических характеристик 72
2.3.3. Оценка параметров микроструктуры биметаллического слоя с точки зрения дислокационной теории 74
2.3.4. Комплексные показатели качества биметаллического слоя при ДПГИ 80
2.4. Выводы 82
3. Математическое моделирование физических процессов, происходящих при деформационном плакировании гибким инструментом 84
3.1. Модель расчета геометрических параметров зоны плакирования и характеристик упругой деформации гибких элементов в контакте 84
3.2. Моделирование энергосиловых параметров и закона распределения контактных напряжений в зоне плакирования 91
3.3. Нестационарная задача оценки теплового состояния элемента из материала покрытия 97
3.4. Постановка и решение краевой термопластической задачи оценки напряженно-деформированного состояния цилиндрического тела при плакировании 101
3.4.1. Общая формулировка задачи 101
3.4.2. Решение краевой задачи
определения нестационарных температурных
полей в изделиях цилиндрической формы при плакировании 106
3.4.3. Решение термоупругопластической задачи 113
3.5. Математическая модель процесса формирования биметаллического слоя и расчет основополагающих параметров кинетики адгезионного взаимодействия 117
3.6. Обобщенная блок-схема математической модели
процесса плакирования гибким инструментом 124
3.7. Выводы 131
4. Теоретические исследования влияния условий плакирования на состояние и свойства поверхностного слоя 134
4.1. Влияние режимных параметров на геометрические и кинематические характеристики процесса обработки 134
4.2. Исследование энергосиловых параметров и контактных напряжений в очаге деформации 142
4.3. Изменение теплового состояния элемента из материала покрытия при плакировании 152
4.4. Исследование теплового и напряженно- деформированного состояния поверхностного слоя при ДПГИ 155
4.4.1. Изменение температурных полей в изделии при плакировании 155
4.4.2. Результаты моделирования напряженно- деформированного состояния поверхностного слоя детали и его механических характеристик 159
4.5. Анализ влияния условий плакирования на основополагающие параметры кинетики адгезионного взаимодействия материалов 166
4.6. Влияние условий обработки на основные характеристики поверхностного слоя 174
4.6.1. Исследование геометрических характеристик плакированных слоев 174
4.6.2. Исследование изменения шероховатости
основы и покрытия при плакировании 179
4.6.3. Комплексная оценка состояния поверхности и анализ микроструктуры биметаллического слоя 185
4.7. Выводы 190
5. Разработка научного подхода определения эффективных "дпги-технологий" и его экспериментальная проверка в лабораторных условиях 196
5.1. Методология поиска рациональных режимов на основе обобщения результатов теоретических исследований 196
5.1.1. Выбор метода решения задачи технологического обеспечения эксплуатационных свойств изделий при ДПГИ 196
5.1.2. Методика выбора режимов плакирования для получения биметаллических изделий с заданным уровнем эксплуатационных свойств 199
5.2. Определение и применение эффективных режимов плакирования для повышения износостойкости стальных образцов 203
5.2.1. Повышение износостойкости при моделировании контактов трения в средних условиях нагружения 203
5.2.2. Эффективность плакирования деталей легконагруженных контактов трения 209
5.2.3. Противоизносная эффективность различных покрытий при моделировании тяжелонагруженных контактов трения 213
5.3. Повышение эксплуатационных свойств биметаллических образцов из серого чугуна при плакировании гибким инструментом 218
5.3.1. Исследование стойкости медьсодержащих биметаллических образцов 218
5.3.2. Исследование эксплуатационных свойств
алюмосо держащих покрытий на чугунных образцах .222
5.4. Повышение коррозионной стойкости стальных образцов 224
5.5. Выводы 226
6. Техническая и экономическая эффек тивность плакирования в промышленных условиях 228
6.1. Оценка целесообразности использования метода плакирования гибким инструментом 228
6.1.1. Сравнительная оценка метода ДПГИ по основным технико-экономическим показателям 228
6.1.2. Характеристика покрытий 231
6.1.3. Анализ эффективных направлений практического использования ДПГИ 233
6.2. Разработка класса "ДПГИ-технологий" с целью повышения износостойкости деталей узлов трения механического оборудования 237
6.2.1. Повышение износостойкости промежуточных валков одноклетьевого стана 700 Э АО ММК 238
6.2.2. Исследование возможности снижения "сетки разгара" валков стана 300 горячей прокатки 240
6.2.3. Повышение стойкости подшипников скольжения штрипсового стана 300 241
6.2.4. Применение ДПГИ для улучшения вибрационных характеристик и увеличения ресурса подшипников качения 243
6.2.5. Повышение долговечности узлов трения прока тного оборудования на АО ММК плакированием их деталей 246
6.2.6. Эффективность плакирования деталей резьбовых соединений трения подвески легковых автомобилей 251
6.2.7. Повышение надежности коробки передач автомобиля ВАЗ-2110 плакированием деталей синхронизатора 254
6.2.8. Применение плакирования для повышения срока службы деталей спецтехники и навесного оборудования 258
6.3. Технологии восстановления размеров и эксплуатационных свойств изделий плакированием гибким инструментом 262
6.4. Перспективы применения метода плакирования для повышения коррозионной стойкости
прокатной продукции 265
6.5. Выводы 268
Основные выводы 270
Список литературы
- Комплексный анализ теоретических и экспериментальных исследований метода ДПГИ
- Плакирование гибким инструментом — один из видов механо-термического напыления с одновременным пластическим деформированием поверхности
- Моделирование энергосиловых параметров и закона распределения контактных напряжений в зоне плакирования
- Исследование энергосиловых параметров и контактных напряжений в очаге деформации
Введение к работе
В условиях снижения объемов производства металлопродукции в нашей стране одной из наиболее важных проблем Российской промышленности является уменьшение металлоемкости национального дохода, характерное для всех экономически развитых стран. Одним из путей решения этой проблемы является повышение эффективности производства за счет, применения технически и экономически эффективных, экологически чистых, новых технологий изготовления и последующей обработки металлоизделий требуемой долговечности.
Одним из направлений повышения эксплуатационных свойств металлопродукции является поиск новых методов обработки поверхностных сло-
1 ев для повышения их качественных показателей. В настоящее время наметилась тенденция создания комбинированных способов термомеханического воздействия на поверхностный слой (ЭМО, ТМО, ФАБО, ЭИО, МТФ и др.), сочетающих преимущества достаточно эффективных процессов поверхностного пластического деформирования с нанесением покрытий различного функционального назначения.
В последние годы большое внимание специалистов уделяется новому, простому в исполнении, экономически эффективному, высокопроизводительному и экологически чистому методу деформационного плакирования гибким инструментом (ДПГИ). При ДПГИ, как и при других способах обработки металлов давлением, в зоне деформации возникают сложные картины теплового и напряженно-деформированного состояния, определяющие возможность адгезионного сцепления и направленного переноса металлов при трении, упрочнения, протекания физико-химических процессов, сопутствующих формированию поверхностного биметаллического слоя и влияющих в конечном счете на надежность и долговечность металлоизделий.
Несмотря на то, что приоритет первого изобретения данного способа
9 относится к 1937 году, свое теоретическое и экспериментальное развитие он получил только в настоящее время в исследованиях ученых МГМА им. Г. И. Носова : Л. С. Белевского, И. И. Ошеверова, В. И. Кадошникова, С. И. Кадченко, А. Н. Завалишина, В. А. Досманова и др.
Разработан комплекс установок для реализации процесса плакирования, проведены обширные экспериментальные исследования структуры, состава и свойств поверхностных слоев, разработаны первые модели расчета геометрических и энергосиловых параметров обработки, предложен метод оценки напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя плоского полупространства при ППД, получены первые практические результаты применения ДПГИ для повышения эксплуатационных свойств: износостойкости, усталостной прочности, возможности получения биметаллических длинномерных изделий.
Однако проблема управления свойствами формируемого биметаллического слоя, объяснение и количественное описание физической природы и механизма его образования, создание на этой основе методологического подхода к разработке рациональных "ДПГИ-технологий" для получения служебных свойств требуемого уровня остаются в настоящее время вне внимания исследователей. Известные результаты не позволяют в полной мере представить физическую природу взаимодействия материалов при плакировании, описать механизм возникновения биметаллического слоя, выяснить взаимосвязь режимов обработки с параметрами слоя и эксплуатационными свойствами изделий, отсутствует методология выбора режимов плакирования для практического использования в промышленности.
На решение этого комплекса вопросов направлена данная работа, главной целью которой является:
— разработка научных основ процесса деформационного плакирова
ния гибким инструментом;
— создание методологического подхода поиска эффективных
"ДПГИ-технологий" для улучшения эксплуатационных свойств изделий.
Для решения указанных выше задач создан математический аппарат, позволяющий моделировать процесс формирования качественного, без-деффектного биметаллического слоя, анализировать его тепловое и напряженно-деформированное состояние и на этой основе оценивать уровень параметров микроструктуры, геометрических, механических и комплексных показателей его качества, устанавливать их взаимосвязь с режимными параметрами процесса.
На основе полученных теоретических результатов разработан научных подход поиска эффективных режимов плакирования и проведен комплекс экспериментальных исследований для оценки адекватности установленных зависимостей по схеме: заданный уровень эксплуатационных свойств -> необходимый комплекс значений характеристик слоя -» обеспечивающий их режим плакирования.
Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований позволили оценить технико-экономическую целесообразность использования метода ДПГИ в промышленных условиях и подтвердить данные выводы при разработке класса новых "ДПГИ-технологий" для повышения эксплуатационных свойств большой номенклатуры металлоизделий в различных областях промышленности.
Работа выполнена на кафедре МОМЗ Магнитогорской Государственной горно-металлургической академии и автор считает своим долгом отметить неоценимую помощь при выполнении диссертации ректору МГМА, профессору, д. т. н. Б. А. Никифорову, зав. кафедрой, профессору, д. т. н. Ф. Д. Кащенко, доценту, к. т. н. Р. Н. Савельевой, к. т. н. В. Б. Савельеву, аспиранту СП. Гузю и остальным сотрудникам кафедры.
Автор глубоко признателен за помощь в проведении отдельных этапов исследований, ценные советы и консультации к. т. н. А. А. Гостеву, Е. Г. Козодаеву, В. Г. Попкову, А. П. Максимову, а также студентам, выполнившим большой объем теоретических исследований на ЭВМ.
Комплексный анализ теоретических и экспериментальных исследований метода ДПГИ
К исследованию ДПГИ, как к каждому вновь разрабатываемому достаточно сложному процессу, конечной целью которого является создание оптимальных по критерию максимальной работоспособности "ДПГИ-технологий" за счет управления свойствами поверхностного слоя посредством создания в зоне плакирования требуемого теплового и напряженно-деформированного состояния объемов обрабатываемого металла, необходим комплексный подход, который, на наш взгляд, должен включать следующие этапы.
1. На первом этапе необходимо осуществить выбор и определение основных количественных параметров, позволяющих описать ДПГИ с "внешней" стороны и дающих возможность оценить его целесообразность, место и эффективность среди множества других.
Обобщая мнение авторов [22—29], исследовавших процесс плакирования, основные параметры можно объединить в четыре группы.
К первой группе следует отнести геометрические размеры инструмента, его гибких элементов, сближение инструмента и детали после их соприкосновения (натяг), размеры очага деформации (его длину и ширину при обработке), длины характерных (сбегающего и набегающего) участков, соответствующие им углы охвата, величину прогиба и форму изогнутых при плакировании гибких элементов. Во вторую группу объединяют кинематические характеристики, определяющие скорости движения контактных точек инструмента и детали, скорость скольжения гибких элементов по поверхности изделия, а также поля скоростей деформации частиц материала поверхностного слоя в зоне обработки.
В третью группу входят интегральные характеристики, оценивающие силовое взаимодействие детали и инструмента: статическая и динамическая составляющие силы нормального давления, сила трения — скольжения ворса о поверхность изделия, а также создаваемые моменты и эпюры нормальных и касательных давлений, вызванных этими факторами.
К четвертой группе относят параметры, определяющие энергетические затраты: полную работу и мощность обработки и ее составляющие, мощность сил трения на контакте щетки с изделием и элементом из материала покрытия, а также мощность деформации в рабочей зоне.
2. На втором этапе исследований процесса плакирования, на наш взгляд, необходим анализ динамики изменения теплового и напряженно-деформированного состояния материала изделия в зоне обработки в зависимости от совокупности режимных параметров, что в дальнейшем позволяет перейти к оценке свойств поверхностного слоя.
3. В связи с этим, третий этап, по-нашему мнению, должен включать исследования влияния параметров состояния материала на основные механические характеристики поверхностного слоя, его микро- и макрогеомет-рические параметры, структуру и субструктуру. Полученные результаты дают возможность прогнозировать набор режимных параметров процесса ДПГИ для формирования требуемых свойств поверхностного слоя.
4. На заключительном, четвертом этапе для решения поставленной задачи должно быть исследовано влияние определенных на третьем этапе параметров поверхностного слоя (единичных или объединенных в необходимые смысловые комплексы) на эксплуатационные свойства изделия и возможность создания на этой основе оптимальных по критерию макси 18 мальной долговечности режимов плакирования.
Такой подход к исследованию процесса, на наш взгляд, позволяет надеяться в конечном счете на возможность создания технологически оптимальных и экономически целесообразных "ДПГИ-технологий" получения изделий с требуемыми эксплуатационными свойствами.
В рамках данного подхода ниже приведен анализ известных к настоящему моменту представлений и результатов исследований метода деформационного плакирования гибким инструментом.
Плакирование гибким инструментом — один из видов механо-термического напыления с одновременным пластическим деформированием поверхности
Разработка научных основ повышения долговечности изделий, подвергнутых ДПГИ, в рамках предложенного комплексного подхода невозможна без выяснения и описания многообразия физических явлений, сопровождающих процесс плакирования и определяющих качество (требуемую совокупность основных характеристик) поверхностного слоя, от которого зависит нужный уровень эксплуатационных свойств.
С этой целью, на наш взгляд, следует определить его место, связь, отличия и сходство с другими, функционально подобными ему методами поверхностной обработки. Предварительное ознакомление с принципиальными схемами ДПГИ, известными толкованиями его сути и обобщение знаний о физической природе существующих методов металлообработки [3, 50, 51] свидетельствуют о наличии органической связи ДПГИ с рядом технологических процессов (наплавкой, сваркой трением, припеканием, ТМО, ЭМО, ФАБО и особенно напылением), имеющих ряд характерных особенностей, присущих плакированию.
Несмотря на крайне простую кинематику и своеобразный характер взаимодействия гибких элементов с поверхностью, в основу ДПГИ, подобно вышеперечисленным процессам, заложено механо-термическое воздействие, сопровождаемое целым комплексом весьма сложных тепловых, де формационных, трибофизических и трибохимических явлений.
Дискретная, изменяющаяся с большой скоростью в пределах зоны соприкосновения, совокупность контактов отдельных ворсинок носит ударно-фрикционный характер. Возникновение множества перекрывающих друг друга локальных пятен микроударов с последующим скольжением вызывает интенсивный фрикционный разогрев контактирующих поверхностей, срез и смятие неровностей, пластическую деформацию и упрочнение поверхностного слоя основы и ворса, искажение кристаллографической структуры, разрушение и удаление окисных пленок, обновление и активацию поверхности, протекание локальных электрохимических реакций, обусловленных повышением температуры и энергией микроударов, возбуждение бездиффузионных межатомных связей за счет микросхватывания частиц материала ворса (ил» привнесенных им частиц ЭМП) с ювенильной, активированной поверхностью основы и возникающий в связи с этим мас-соперенос, обеспечивающий формирование непрерывной пленки покрытия.
Следует заметить, что процесс формирования покрытия при ДПГИ возникает не сразу после запуска установки, а через некоторый промежуток времени, величина которого, на наш взгляд, зависит от двух условий.
Во-первых, для того, чтобы возник перенос материала покрытия с ЭМП на концы ворсинок, температура его поверхностного слоя должна достичь определенного значения, не обязательно равного 0И , как это принято считать [7]. В отличие от зоны контакта с деталью, которая перемещается по ее поверхности и охлаждается при вращении, ЭМП постоянно взаимодействует с движущимся ворсом щетки. Поэтому рост температуры контакта ЭМП за счет тепла трения происходит в течении такого промежутка времени, когда процесс снижения прочностных свойств материала при нагреве и процесс адгезионного схватывания материала ЭМП с концами ворсинок при данной температуре будут взаимно "уравновешены". В этом смысле, на наш взгляд, наблюдается некая "саморегуляция", обусловленная определенной нижней тепловой границей нагрева поверхностного слоя ЭМП до температуры адгезионного взаимодействия.
Во-вторых, в зоне контакта щетки с деталью для возникновения прочносцепленной пленки, образуемой переносом частиц ЭМП, налипших на концы ворсинок, также очевидно необходима определенная температура и соответствующая степень подготовки (активации) поверхности. Это очень четко прослеживается при плакировании деталей, значительно отличающихся по размерам. Если при обработке плунжера диаметром 10 мм и длиной 80 мм время начала процесса не превышает долей секунды, т.е. определяется временем "подготовки" ЭМП, то при плакировании крупногабаритных изделий, например прокатных валков, появление первых следов покрытия происходит значительно позднее (через 10—30 сек) и определяется, очевидно, степенью нагрева детали.
Кроме нагрева, во время подготовки происходят не только процессы очистки поверхности от загрязнений, удаления окисных пленок, но и ударная обработка, приводящая к пластической деформации, упрочнению, возникновению и перераспределению дислокаций, искажению решетки, обнажению ювенильной поверхности, повышению ее активности, что также, на наш взгляд, является необходимым условием подготовительной операции приДПГИ.
Особого внимания заслуживает вопрос выяснения природы, возникающего при ДПГИ механизма достаточно прочного сцепления пленки формируемого покрытия с поверхностью детали. Согласно многочисленным результатам исследований Л. С. Белевского, после плакирования не наблюдается отслоений и прочих дефектов сцепления даже при образовании шейки при растяжении образцов, испытаниях на знакопеременный изгиб, кручение и выдавливание.
Моделирование энергосиловых параметров и закона распределения контактных напряжений в зоне плакирования
Для описания теплового состояния элемента из материала покрытия (ЭМП), представим его в виде: — сплошного цилиндрического стержня диаметром dc, конечной длины Нс; — полого цилиндрического стержня (трубы), наружным диаметром dH, внутреннего deVL конечной длины Нс.
Один из торцов ЭМП охлаждается воздухом, второй — нагревается тепловым потоком, который определяется: для сплошного стержня 4-N-K. (3.63) с с 2 ж-А для полого стержня 4-N FLf (3.64) Яс где Ка Кт—коэффициент поглощения (использования) тепла ЭМП [84]. Боковая поверхность ЭМП охлаждается воздухом. Осевая симметрия позволяет не учитывать распределение температуры по полярному углу ср.
В связи с тем, что значение критерия Био для теплообмена с боковой поверхности ЭМП составляет Bi=a d»/2 0,0\, (3.65)
К что значительно меньше 0,25, то элемент можно считать термически тонким телом и не рассматривать изменение температуры по его радиусу. Здесь ас — коэффициент теплоотдачи боковой поверхности ЭМП, ас«10(Шя /(л 2-град); Лс — коэффициент теплопроводности материала ЭМП, Хс \00Вп/(мград).
В результате принятых допущений получена задача расчета одномерного температурного поля в однородном стержне вдоль оси аппликат. Для того, чтобы учесть теплоотдачу с боковой поверхности элемента в окружающую среду при принятых допущениях, введем понятие внутренних источников тепла [86], мощность которых qv определяется следующим образом: для сплошного стержня Яу = %, (3.66) dc для полого стержня v = - —2 Тг (3-67) dH dB В этих выражениях qc = c{e{z,t)-ecp); qH=aH(e(z,t)-ecet}, (3.68) я. = .( К . )-0t#), где qc — плотность теплового потока от боковой поверхности сплошного стержня к охлаждающему воздуху; qH — плотность теплового потока от наружной поверхности трубы к охлаждающему воздуху; qB — плотность теплового потока от внутренней поверхности трубы к охлаждающему воздуху; ас — коэффициент теплоотдачи боковой поверхности сплошного стержня; ан — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности трубы; ав — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности трубы; вср — температура воздуха, охлаждающего боковую поверхность сплошного стержня; 0ср1 — температура воздуха, охлаждающего наружную поверхность трубы; вср2 — температура воздуха, охлаждающего внутреннюю поверхность трубы. В том случае, если боковая поверхность ЭМП (сплошной стержень) изолирована, то qc = 0. С учетом указанных допущений уравнение теплопроводности принимает вид: dt \dz2 XrJ (3.69) Начальные условия e(z, t) = 0o= const. (3.70) Граничные условия на торцах ЭМП: Лт1г=о= ; (3-71) OZ -Xc%Hc = ac(Q(z,t)-Qcv). (3.72)
Представим входящие в уравнение (3.69) производные в конечно-разностной форме. Для определения температурного поля в точках, расположенных непосредственно у нагреваемой торцевой поверхности ЭМП, введем неравномерную (логарифмическую) сетку по координате z. Плотность возрастает к торцевой поверхности, а текущая координата 100 определяется зависимостью: яс+1)]{.-І=і) z =Hc -- — , (3.73) 10 кк где / = 1, 2,..., N+\ — номер точки по координате z; КК— логарифмический масштабный множитель (« 103); N — число участков разбиения. Введем шаг по времени At, величина которого определяется из условия устойчивости явной схемы At = 0,5(F0U + F02i) и тогда текущее время:
Исследование энергосиловых параметров и контактных напряжений в очаге деформации
Поскольку в известных работах по плакированию деталей гибким инструментом отсутствует полная и подробная информация о распределении силовых параметров по зоне контакта и влияние на них условий обработки, на рис. 4.5—4.11 представлены результаты численного эксперимента, выполненного на модели п. 3.2.2.
На рис. 4.5 показаны эпюры нормальных контактных усилий Qni на ударном участке и в зоне скольжения для тех же условий, которые использованы при построении эпюр скоростей скольжения на рис. 4.4.
Несмотря на достаточно большой диапазон изменения режимов обработки, вид эпюр сохраняет одну и ту же форму, имеющую экстремум, несколько смещенный в сторону входа гибких элементов от середины длины контакта.
Следует отметить, что характер изменения контактных усилий на участке скольжения соответствует не закону изменения максимальных прогибов ymaxi, как это принято считать, а совпадает с законом изменения переднего угла а(. Значения Qni тах совпадает с координатой а( тах и находится в точке максимального натяга — наибольшего приближения поверхности обработки к точке фиктивной заделки /-того гибкого элемента, т. е. максимальной его деформации. Во всем теоретически возможном диапазоне изменения параметров максимальное усилие может меняться в очень широких пределах (Qnimax - 0,002—25 Н). При этом соответствующие средние значения Qcp - 0,0001—14 Н. Однако максимальные значения, соответствующие режиму: N = 4 мм; йв - 0,7 мм; / = 20 мм, при плакировании никогда не возникают, т. к. щетка в этом случае представляет собой не гибкий, а зачистной инструмент — фрезу, а режим обработки соответствует режиму резания.
Для реальных условий нанесения покрытий щетками Qnimax - 0,004— 0,5 Н (Qcp = 0,002 —0,25 Н), для средних условий (режима A) Qimax = 0,05— 0,07 Н.
Следует обратить внимание, что на рис.4.5 показаны нормальные усилия Qny, действующие на ударном участке при входе в зону деформации, которые значительно превышают усилия на участке скольжения. Для режимов рис. 4.5 QnyIQni тах - 80—100. На рис.4.6 показано, что это отношение зависит от условий обработки и может превышать значение 150—200, а максимальное усилие удара ворсинки диаметром de = 0,7 мм составляет 12,9 Н.
На рис.4.7 показано влияние наиболее значимых параметров на величину полного усилия взаимодействия Qn щетки с деталью и суммарный вращающий момент М. Для условий, применяемых при нанесении покрытий, их значения находятся в диапазонах: Qn = 5—80 Н; М = 0,01—0,05 Нм.
Прежде чем перейти к анализу энергетических характеристик процесса ДПГИ, следует отметить, что при их определении необходимо знание значения коэффициента трения. В связи с тем, что в известных работах данные о его величине крайне противоречивы и не обоснованы, в предложенной нами модели предварительная оценка деформации гибких элементов позволила определять значение/в каждом конкретном случае из условия мощностного баланса: М со, = Qn / Vcp, решая его относительно /. На рис.4.8 показано изменение значений / и влияние на него исходных параметров. Как показывает анализ, значение / может изменяться в диапазоне / = 0,09ч-0,83 и определяется в основном соотношением характеристик Rd, I, N. Для практически применяемых условий плакирования/ = 0,15—0,35, в частности для режима А он составляет 0,317.
Найденные по вышеупомянутому условию значения / были использованы в расчетах энергетических характеристик, изменение которых показано на рис. 4.9. На нем представлено влияние режимных параметров на мощность сил трения в контакте с деталью (Nd) и мощность сил трения в контакте с ЭМП (Nc) при постоянной частоте вращения щетки rij = 2840 об/мин, которая используется на практике. Если значение Nc практически постоянно для всех режимов (см. кривые Г—4 ) и определяется только изменением окружной скорости щетки V], вызванное изменением длины ворса / или радиуса фланцев R} (здесь усилие прижатия ЭМП к ворсу постоянно, Рс = 20 Н), то мощность сил трения в контакте с деталью (Nd) в значительной степени зависит от исходных параметров. Значение Nd может изменяться от 5 Вт до 5 кВт. При этом максимальные значения соответствуют обработке крупногабаритных деталей с натягами, близкими к предельным, щетками с коротким ворсом (рис. 4.9).
В этих условиях двигатели мощностью Nde =2,5 кВт, которые в настоящее время используются для привода плакирующих установок, применять при обработке деталей с Rd 200 мм невозможно, что неоднократно подтверждала практика их эксплуатации: при плакировании шеек прокатных валков, роторов генераторов ТЭЦ и т. п. наблюдается практически постоянный их перегрев и последующий выход из строя.
