Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ литературных данных о процессе вершинного алмазного хонингования 13
1.1. Общие сведения о процессе алмазного хонингования 13
1.2. Вершинное алмазное хонингование 15
1.3. Особенности процесса вершинного алмазного хонингования полуэластичными брусками 18
1.4. Анализ влияния характеристики полуэластичных алмазных брусков и параметров процесса на шероховатость хонингуемых поверхностей 22
1.5. Анализ современных методов мониторинга и прогноза зависимости параметров шероховатости хонингуемой поверхности от условий хонингования 24
1.6. Влияние параметров микропрофиля на износостойкость 32
1.7. Выводы и постановка цели и задач исследования 35
ГЛАВА 2. Разработка имитационной модели образования шероховатости поверхности при алмазном хонинговании 37
2.1. Рабочая гипотеза 37
2.2. Построение модели образования шероховатости поверхности при алмазном хонинговании 38
2.2.1. Моделирование рабочей поверхности инструмента 38
2.2.2. Построение исходного микропрофиля поверхности отверстия цилиндра 42
2.2.3. Расчет осевого положения хонинговальной головки 42
2.2.4. Расчет сближения поверхности инструмента и отверстия 42
2.2.5. Замещение участков профиля отверстия профилем инструмента 43
2.2.6. Расчет параметров шероховатости
2.3. Программная реализация имитационной модели 46
2.4. Пример расчета по имитационной модели 52
2.5. Исследование по имитационной модели формирования параметров шероховатости отверстий, хонингуемых полуэластичными брусками 57
2.6. Выводы 60
ГЛАВА 3. Методика проведения экспериментальных исследований и технологическая оснастка 62
3.1. Методика проведения исследования процесса алмазного хонингования 62
3.1.1. Обрабатываемый материал 62
3.1.2. Подготовка образцов к экспериментам 62
3.1.3. Хонинговальные бруски 63
3.1.4. Базовые параметры режима резания 65
3.1.5. Смазочно-охлаждающая жидкость 65
3.1.6. Хонинговальный станок ЗК823 66
3.1.7. Конструкция специальной хонинговальной головки 67
3.1.8. Приспособление для закрепления образцов 3.2. Методика измерения шероховатости поверхности 70
3.3. Методика экспериментального исследования износостойкости азотированных поверхностей
3.3.1. Испытательная установка и образцы 72
3.3.2. Измерение величины износа 73
ГЛАВА 4. Экспериментальное исследование влияния технологических параметров режима хонингования на шероховатость хонингуемых поверхностей и их износостойкость 74
4.1. Исследование влияния зернистости полуэластичных алмазных брусков на шероховатость обработанной поверхности в зависимости от времени хонингования 75
4.2. Исследование возможности применения полуэластичных брусков после операции растачивания без предварительного хонингования брусками на металлической связке 79
4.3. Исследование влияния частоты вращения и скорости возвратно-поступательного движения хонголовки с применением полуэластичных брусков на шероховатость обработанной поверхности 83
4.4. Проверка достоверности имитационной модели образования шероховатости поверхности при алмазном хонинговании 86
4.4.1. Проверка достоверности модели хонингования брусками на металлической связке 86
4.4.2. Проверка достоверности модели хонингования эластичными брусками 88
4.4.3. Проверка достоверности модели хонингования полуэластичными брусками 90
4.5. Сравнение параметров шероховатости подготовленной под азотирование поверхности и азотированной поверхности 92
4.6. Исследование влияния характеристики алмазных брусков на износостойкость цилиндров после азотирования 94
4.7. Технологические рекомендации по осуществлению процесса алмазного хонингования полуэластичными алмазными брусками 97
4.8. Выводы 100
Общие выводы 102
Библиографический список
- Анализ влияния характеристики полуэластичных алмазных брусков и параметров процесса на шероховатость хонингуемых поверхностей
- Расчет осевого положения хонинговальной головки
- Хонинговальные бруски
- Проверка достоверности модели хонингования полуэластичными брусками
Введение к работе
Актуальность темы. Скважинные штанговые насосы (СШН) предназначены для глубинной добычи нефти. В России СШН оборудовано около 56...58% всех действующих скважин (для сравнения: в США - 90%). Эти насосы способны добывать самую тяжелую нефть - высоковязкую, с большим содержанием свободного газа и механических примесей, в осложненных условиях эксплуатации в глубоких высокодебитных скважинах.
Ресурс насосов отечественного производства составляет 300...400 суток, ресурс зарубежных аналогов - 700 суток. Стоимость спускоподъемных работ для ремонта или замены СШН около 300 тыс. рублей, средняя стоимость насоса 40...45 тыс. рублей, следовательно, мероприятия, направленные на улучшение конструктивно-технологического качества СШН и увеличение их наработки на отказ, многократно эффективней, чем снижение себестоимости насосов. Отказы скважинного оборудования, по данным ведущих нефтедобывающих предприятий, чаще происходят по причинам, являющимся внешними по отношению к насосам, таким как: обрыв штанг, штоков и на-сосно-компрессорных труб. Отказы самих насосов составляют около 30% от общего числа отказов. В 72% случаев выход насоса из строя происходит из-за запарафинивания клапанов, а в 18% - износа пары цилиндр-плунжер. Стоимость изготовления и ремонта клапанной пары несопоставимо мала в сравнении с изготовлением и ремонтом пары цилиндр-плунжер. Из практики известно, что плунжер изнашивается в процессе эксплуатации значительно меньше цилиндра. Кроме того, стоимость его изготовления и ремонта существенно ниже, чем цилиндра. Поэтому является актуальным вопрос выбора технологии изготовления и упрочнения именно цилиндра насоса.
Технологический маршрут изготовления цилиндра включает в себя правку, расточку, предварительное хонингование, чистовое хонингование и азотирование. В значительной степени износостойкость азотированного слоя определяется величиной шероховатости и формой микрорельефа поверхности, подготовленной под азотирование. Предварительное хонингование производится алмазными брусками на металлической связке зернистостью АС4 100/80 100 М2-1, чистовое - брусками на металлической связке меньшей зернистости 63/50. Ивановым А.В. показано, что чистовое хонингование целесообразнее проводить эластичными брусками, что позволяет получать поверхность, обеспечивающую повышение износостойкости. С этой же целью можно использовать полуэластичные алмазные бруски, которые, предположительно, не требуют предварительного хонингования. Тем самым может быть обеспечен износостойкий микропрофиль поверхности цилиндра и повышена производительность обработки за счет исключения операции предварительного хонингования.
В связи с этим, технологическое обеспечение повышения износостойкости внутренних поверхностей цилиндров СШН методом вершинного хо-
нингования полуэластичными алмазными брусками является актуальной научно-технической проблемой.
Цель работы: технологическое обеспечение микропрофиля, позволяющего повысить износостойкость внутренних поверхностей цилиндров скважинных штанговых насосов вершинным хонингованием полуэластичными брусками.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
выполнено моделирование образования шероховатости обрабатываемой поверхности при хонинговании брусками на металлической, эластичной связках и полуэластичными брусками;
экспериментально исследованы технологические возможности вершинного хонингования полуэластичными алмазными брусками, определены зависимости параметров шероховатости поверхности от технологических параметров режима обработки;
проведено сравнительное экспериментальное исследование износостойкости азотированной поверхности цилиндров СШН, подготовленной под азотирование традиционным хонингованием, вершинным хонингованием эластичными и полуэластичными алмазными брусками;
Методы исследований. Теоретические исследования проводились на базе научных основ технологии машиностроения и теории алмазно-абразивной обработки, использовались методики определения параметров шероховатости поверхности с применением ЭВМ. Экспериментальные исследования хонингования проводились в лабораторных условиях на серийном оборудовании с использованием специально спроектированной и изготовленной оснастки. Измеряемые величины определялись с помощью современной контрольно-измерительной аппаратуры с возможностью передачи данных на ЭВМ.
Научная новизна:
разработана комплексная имитационная модель формирования шероховатости при алмазном хонинговании брусками на металлической, эластичной связках и полуэластичными брусками и программное обеспечение для ее реализации. Модель позволяет прогнозировать шероховатость поверхности в зависимости от кинематических параметров режима хонингования, исходной шероховатости и физико-механических свойств обрабатываемого материала и характеристики брусков;
экспериментально доказано, что возможно изменение технологического маршрута изготовления цилиндров скважинных штанговых насосов за счет исключения операции предварительного хонингования и хонингования цилиндров полуэластичными брусками сразу после растачивания;
экспериментально доказано, что хонингование полуэластичными брусками позволяет сохранить требуемую группу посадки в паре цилиндр-плунжер в течение всего срока эксплуатации скважинных штанговых насосов за счет формирования износостойкого микропрофиля поверхности цилинд-
ров, который незначительно изменяется после азотирования и обеспечивает большую опорную поверхность после приработки пары цилиндр-плунжер. Практическая ценность:
модель представлена в виде компьютерного программного обеспечения и может использоваться на производстве для прогнозирования шероховатости хонингуемых поверхностей;
разработана новая технология алмазного хонингования полуэластичными брусками после расточки цилиндров из стали 38Х2МЮА.
разработанные на основе проведенных исследований рекомендации приняты к использованию при проектировании технологических процессов обработки цилиндров СШН на ЗАО «Пермская компания нефтяного машиностроения».
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах, в том числе всероссийских и международных (всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Современные тенденции в технологиях металлообработки и конструкциях металлообрабатывающих машин и комплектующих изделий» г. Уфа - март 2011, Первая Международная научно-практическая конференция «Молодые ученые Прикамья - 2011» г. Пермь -май 2011), а также на «Международном форуме по проблемам науки, техники и образования» г. Москва - декабрь 2008 г.
В полном объеме диссертация заслушана и одобрена на совместном заседании кафедр «Технология машиностроения», «Металлорежущие станки и инструменты», «Конструирование машин и сопротивление материалов» Пермского национального исследовательского политехнического университета в 2011 году.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка из 120 наименований и приложений. Объем работы 134 страницы машинописного текста, включая 56 рисунков, 33 таблицы.
Анализ влияния характеристики полуэластичных алмазных брусков и параметров процесса на шероховатость хонингуемых поверхностей
Хонингование относится к числу наиболее эффективных методов обработки отверстий с высокой точностью и низкой шероховатостью. Хонингование проводится при одновременно выполняемых вращательном и возвратно-поступательном движениях инструмента (головки с абразивными или алмазными брусками) [48]. Подача (разжим) брусков в радиальном направлении при хонинговании производится либо непрерывно, под воздействием постоянного усилия, либо периодически (дозированная подача). Количество и размеры брусков определяются размерами обрабатываемого отверстия и конструкцией хонинговальной головки.
При контакте рабочей поверхности бруска с обрабатываемой поверхностью заготовки происходит царапанье металла одновременно большим числом абразивных частиц. Размер таких частиц при хонинговании составляет 20... 100 мкм, среднее число частиц на поверхности бруска 20...400 зерен на 1 мм . Основными видами взаимодействия абразивных зерен с металлом являются микрорезание со снятием тончайших стружек и трение с пластическим оттеснением металла.
Хонингование применяют для получения поверхностей с шероховатостью Ra - 0,16...0,32 мкм, также разработаны мелкозернистые бруски, с помощью которых осуществляется отделочное хонингование Ra = 0,06...0,1 мкм. Отклонение от круглости обрабатываемой поверхности достигается в пределах 1 мкм, волнистость менее 0,2 мкм, отклонение от цилиндричности и прямолинейности образующей менее 2...5 мкм. [48].
К преимуществам процесса следует отнести также и то, что в результате хонингования даже с применением обычных абразивных брусков срок службы трущихся пар увеличивается по сравнению со сроком службы, который имеет место при использовании других методов окончательной обработки.
Особенностью процесса хонингования является полное или частичное взаимное контактирование обрабатываемой поверхности детали и режущей поверхности брусков, которое обеспечивается конструктивно за счет четырех или двух степеней свободы, сообщаемых инструменту относительно обрабатываемой детали или наоборот [73]. При хонинговании инструмент и деталь самоустанавливаются, что обеспечивает высокую точность обрабатываемых отверстий. При этом отпадает необходимость правки инструмента, а припуски могут быть сведены до минимума.
Постоянный контакт бруска с деталью по всей или большей части рабочей поверхности способствует повышению производительности обработки и точности формы деталей. При хонинговании давление бруска на деталь составляет 0Д...1 МПа, что в 10... 100 раз меньше, чем давление при шлифовании. Скорость резания при обработке брусками 10... 100 м/мин, то есть в 15... 100 раз ниже, чем при шлифовании. В результате при хонинговании температура в зоне обработки значительно ниже, чем при шлифовании, и не превышает 150...200 С Таким образом, отсутствуют физические причины образования в поверхностном слое микротрещин и прижогов, а также остаточных напряжений растяжения.
Наерман М.С. и Попов С.А. [73] называют некоторые преимущества прецизионной обработки деталей брусками, в том числе, и хонингования: 1. При хонинговании большая контактная поверхность брусков в сочетании с правильно выбранной кинематикой относительного движения позволяет эффективно обеспечивать исправление исходных погрешностей формы в поперечном и продольном направлениях, что снижает контактные напряжения при эксплуатации машин. 2. При хонинговании возможно за одну установку обрабатывать несколько соосных отверстий, при этом точность обработки не зависит от их расположения, так как отсутствуют прогибы оправок, шпинделя и т.д. 3. Отпадает необходимость в специальной правке режущей поверхности брусков, так как при правильно выбранных условиях и режимах обработки рельеф режущей поверхности брусков самовосстанавливается циклично. 4. Качество поверхности деталей после обработки брусками изменяется в весьма узком интервале, то есть детали обладают большой стабильностью и однородностью по своим эксплуатационным свойствам, что весьма важно для условий массового и крупносерийного производства. 5. Не предъявляется высоких требований к предварительной установке деталей на станке, так как применяемые схемы закрепления деталей и инструмента обеспечивают их самоустановку.
Вершинное алмазное хонингование Прогрессивным методом повышения технико-эксплуатационных показателей сопряжений, работающих в условиях трения, является формирование на отверстиях микропрофиля, который представляет собой чередующиеся плоские выступы с углублениями для размещения смазки. [109] При этом увеличиваются маслоемкость и опорная площадь обработанной поверхности, в результате чего сокращается длительность приработки, повышается износостойкость цилиндров и увеличивается ресурс насоса.
Поверхность такого типа можно получить методом вершинного хонин-гования. Неровности микропрофиля формируются на операции предварительного хонингования алмазными брусками высокой зернистости на металлической связке. Затем они притупляются алмазными брусками меньшей зернистости на эластичной связке ВЗ-07 или брусками с жестким алмазосодержащим слоем и эластичным подслоем (полуэластичными брусками).
Важная особенность вершинного хонингования - возможность управления микрорельефом обрабатываемой поверхности и обеспечение требуемого сочетания величины опорной площади и маслоемкости поверхности. Последнее имеет особое значение для поверхностей сопряжений, работающих в условиях трения.
Расчет осевого положения хонинговальной головки
Влияние параметров микропрофиля на износостойкость Одной из основных причин выхода современных машин из строя является отказ вследствие износа трущихся элементов. В общем случае процесс изнашивания трущихся пар проходит три периода: 1) приработка, 2) нормальный, 3) ускоренный износ (рис. 14 а).
Процесс приработки во многом определяет общую износостойкость деталей. К концу этого процесса основные эксплуатационные характеристики поверхности, например шероховатость, микротвердость, величина и знак остаточных напряжений, структура граничного слоя металла, коэффициент трения и другие, приобретают оптимальные значения, соответствующие данным условиям изнашивания или эксплуатации (эти условия определяются материалом трущихся пар, скоростью скольжения, давлением, качеством и способом подвода смазки и т.д.). Оптимальные эксплуатационные характеристики в период нормального износа как бы самоподдерживаются, то есть, изменяясь, они непрерывно воспроизводятся в тех же значениях. Такое состояние наблюдается до начала третьего периода [88].
Необходимо стремиться к тому, чтобы при механической обработке деталей их поверхности придавался комплекс характеристик, возникающих к концу периода приработки. Тогда трущаяся пара почти сразу, минуя период приработки (или резко сокращая его), вступает в период нормального износа. Это способствует увеличению долговечности и надежности сопряжения (дольше сохраняются расчетные величины зазоров и натягов и т.д.).
Шероховатость поверхности является одним из основных показателей качества поверхности деталей и оказывает влияние на эксплуатационные показатели. Износ трущихся поверхностей, зарождение трещин усталости, смятие, коррозия, эрозия, разрушение в результате кавитации и др. - это процессы, протекающие на поверхности деталей и в некотором прилегающем к поверхности слое. Естественно, что придание поверхностям деталей специальных свойств, способствует существенному повышению показателей качества машин в целом и в первую очередь показателей надежности.
На рис. 14 б кривая 2 характеризует износ поверхности с меньшей начальной шероховатостью, чем кривая 1. В этом случае величина и время приработочного изнашивания уменьшаются, а интенсивность эксплуатационного изнашивания остается той же. При меньшей шероховатости сопряженных поверхностей время работы деталей будет большим (Г2 Т\)
Рыжов Э.В. [88] также отмечает, что трение и износ деталей в значительной степени связаны с направлением штрихов (следов) обработки. Крагельский Н.В. [47] описывает интенсивность износа следующим уравнением: absu+iRmax где а - коэффициент учитывающий отличие площади сечения выступов на уровне є от величины фактической площади контакта; Цс.а. - отношение контурной площади контакта к номинальной; d - средний диаметр пятна контакта. Это уравнение показывает, что величина интенсивности износа зависит от наибольшей высоты неровностей профиля Rmax, среднего шага неровностей профиля Sm, относительной опорной длины профиля tp, через параметры v и Ъ, так как t - bsv.
Анализ результатов проведенных исследований Чеповецкого И.Х. [112] позволил сделать следующие выводы. Из диапазона изменения параметра Ra наиболее приемлем диапазон изменения 0,2...0,5, в котором сохраняется минимальный линейный износ, интенсивность износа и коэффициент трения. Оптимальные диапазоны изменения: Rz = 3,3...5,6 мкм, Rmax = 3,8...6,5 мкм. Износостойкость и коэффициент трения поверхности сильно изменяются в зависимости от опорной поверхности. Оптимальные диапазоны изменения: tp = 70...80%. Для наиболее износостойких поверхностей Sm -130...350;ик7и.
Наиболее близка по значению параметров шероховатости к поверхности, образующейся в процессе приработки пары поршень-цилиндр, плосковершинная поверхность. Основная нагрузка, действующая на такую поверхность, сосредотачивается на плато, а сравнительно глубокие впадины поверхности являются микрорезервуарами, восполняющими слой смазки в области контакта. В то же время в углубления выносятся продукты разрушения из зон фактического контакта, что исключает их абразивную функцию. Относительная опорная длина профиля tp данной поверхности составляет 50...70% (на уровне р = 1...2 мкм от линии выступов), глубина рисок для размещения смазки 2,5... 10 мкм, а их ширина 15...80 мкм.
Хонинговальные бруски
Экспериментальное исследование влияния условий хонингования на параметры шероховатости поверхности проходило на базовом режиме (за исключением экспериментов с изменением элементов режима резания). Базовые параметры режима резания выбраны на основе предварительных экспериментов, исходя из условия обеспечения требуемого качества обрабатываемой поверхности, достижения достаточной производительности и приемлемого расхода алмазов: п = 160 об/мин - частота вращения шпинделя; V\ = 28.65 мі мин - скорость вращения шпинделя; Уг = 16 м/мин - скорость возвратно-поступательного движения хонинговальной головки; Р = 0,3 МПа -давление в гидросистеме разжима брусков; Тхон = 60 с - время хонингования.
В качестве смазочно-охлаждающей жидкости при проведении экспериментов применялась СОЖ ОСМ-1 (ТУ 0253-038-00148843-2003). Она представляет собой смесь маловязкого минерального масла и дизельного топлива (или нефтяного растворителя) с пакетом присадок, улучшающих антиокислительные, антикоррозионные и антипенные свойства. Применяется на операциях алмазного хонингования, полирования, суперфиниширования чу гунов, углеродистых и низколегированных сталей. Количество жидкости, подаваемой в зону резания, во всех экспериментах составляло 15 л/мин. Для очистки смазочно-охлаждающеи жидкости от механических примесей на вертикально-хонинговальный станок ЗК833 был установлен двухкамерный отстойник, в котором происходило частичное осаждение шлама.
Эксперименты производились на вертикально-хонинговальном станке ЗК833, общий вид которого представлен на рис. 33, технические характеристики в табл. 9.
Станок представляет собой полуавтомат с гидравлической системой разжима. Кинематическая схема обеспечивает три скорости вращения шпинделя. Изменение частоты вращения обеспечивается подвижным трехступенчатым блоком.
На плите фундаментной установлена колонна, к верхнему торцу которой крепится общий корпус привода вращения, с двумя гидроцилиндрами главного движения и цилиндром разжима, с правой стороны пульты управления, с левой - электрошкаф, с лицевой стороны - механизм управления, с задней - гидроаппаратура с трубопроводами.
Конструкция специальной хонинговальной головки Для выполнения исследований, хонингования цилиндра диаметром 57 мм и длиной 130мм использовалась специальная хонинговальная головка с длиной брусков 75 мм (ХГ57-75).
Хонинговальная головка 4-брусковая (рис. 35) содержит корпус 6 в наружных пазах которого размещены колодки 4 с брусками 2. Фиксация колодок в осевом направлении осуществляется штифтами 7, концы которого встают в кольцевые канавки на корпусе головки. В центральной расточке корпуса размещен разжимной конус 5, при осевом перемещении которого через радиальные толкатели 3 осуществляется разжим брусков. Сжатие брусков осуществляется двумя кольцевыми пружинами 20. Бруски 2 крепятся к колодкам 4 методом пайки или приклеивания. Колодки 4 и радиальные тол катели 3 следует промаркированы в соответствии с номерами пазов, выполненных в корпусе 6 хонинговальной головки.
Шарнирный соединитель состоит из полой штанги 12, на концах которой выполнены сферы диаметром 32 мм, соответствующие диаметрам поса 1. Штифт
Конструкция хонинговальной головки дочных отверстии шпинделя и хонинговальнои головки. По центру каждой сферы перпендикулярно оси вала запрессованы ведущие штифты 16, которые входят в торцовые пазы хонинговальнои головки и конусного концевика 18. Сферический конец штанги фиксируется в отверстии конуса между втулками 13 и 9 с помощью накидной гайки 11. Накидная гайка контрится гайкой 8. Узел соединения штанги 12 с хонинговальнои головкой имеет аналогичную конструкцию.
Для разжима и сжатия брусков, внутри шарнирной штанги 12 размещен толкатель 13, верхнее звено которого с помощью байонетного соединения связано со штоком механизма разжима, а нижнее - с помощью резьбового соединения с разжимным конусом хонинговальнои головки. Длина толкателя регулируется за счет резьбового соединения с разжимным конусом.
Концевик 75 базируется по посадочному отверстию и торцу шпинделя и фиксируется в осевом направлении накидной гайкой. Хонинговальная головка также базируется по диаметру 32 мм до упора в торец посадочного отверстия. Осевая фиксация осуществляется накидной гайкой с помощью двух полуколец. Вращающий момент передается при помощи ведущих штифтов, входящих в торцовые пазы конуса и хонинговальнои головки.
Соединительные валы в сборе с толкателем и конусом устанавливаются в шпиндель станка в следующей последовательности. Переместить разжимной шток в нижнее положение, так как с учетом доработки штока (фиксации штока со шпинделем и установкой пружины для уменьшения давления гидросистемы на шток) ход его составляет 13,5 мм при максимально необходимом ходе в 10 мм. Вставлять вал с толкателем в посадочное отверстие шпинделя, располагая ведущие штифты перпендикулярно торцовым пазам на шпинделе. Когда штифты упрутся в торец шпинделя, повернуть вал на 90 до совмещения штифтов с пазами и проверить соединение толкателя с разжимным штоком путем осевого перемещения вала, или штока. После этого с помощью накидной гайки зафиксировать вал в шпинделе станка
Проверка достоверности модели хонингования полуэластичными брусками
Относительная опорная длина профиля с увеличением скорости возвратно-поступательного движения изменяется незначительно (рис. 47 а), лучшие показатели наблюдаются при скорости V2 = 13,6 м/мин (угол сетки равен 50).
Относительная опорная длина профиля с увеличением скорости вращения хонинговальной головки увеличивается, однако при увеличении скорости выше 45,53 м/мин (п = 250 об/мин) уменьшается (рис. 47 б). Это объясняется тем, что с увеличением частоты вращения головки повышается интенсивность обработки. При частоте п = 160 об/мин относительная опорная длина не успевает достичь максимальных значений за время 60 сек, а при п = 400 об/мин исходный профиль поверхности отверстия полностью снимается и значения относительной опорной длины снижаются.
Таким образом, приходим к выводу, что наибольшая относительная длина опорной поверхности достигается при скорости возвратно-поступательного движения - 13,4 м/мин, скорости вращательного движения -45,53 м/мин, время обработки t = 60 с. Разработанная модель позволяет определять следующие параметры шероховатости Ra, Rz, Rmax, Sm, D и tp. При этом активно управляемыми параметрами процесса являются концентрация алмазов в алмазосодержащем слое, зернистость брусков, размеры брусков и отверстия, частота вращения и скорость возвратно-поступательного движения хона, время хонингования, давление брусков на деталь, материал детали (модуль Юнга и коэффициент Пуассона), связка эластичных брусков (модуль Юнга связки).
Для проверки достоверности моделей хонингования алмазными брусками на металлической и эластичной связках были использованы экспериментальные данные представленные в [32]. Параметры режима хонингования при моделировании соответствовали тем, на которых проводились эксперименты.
Результаты исследований по имитационной модели сопоставлены с экспериментальными данными и определены относительные погрешности вычисления параметров шероховатости: Afi = " 3100%, где RM - значение параметра шероховатости, определенное по модели; R3 -значение параметра шероховатости полученное экспериментально.
Зависимость параметров шероховатости от зернистости приведена в табл. 15 и на рис. 48. При увеличении размеров алмазных зерен абсолютные значения высотных параметров возрастают. Средний шаг неровностей Sm с увеличением зернистости возрастает, а плотность выступов профиля D снижается. Уменьшение плотности выступов можно объяснить увеличением среднего шага неровностей профиля, который измеряется в пределах базовой Таблица 14 Значения параметров шероховатости, полученные экспериментально при обработке брусками на металлической связке и рассчитанные по имитационной модели, мкм длины, а плотность выступов определяется числом выступов профиля на единицу длины [21]: D = l/Sm, следовательно, чем больше Sm, тем меньше D. Относительная погрешность результатов моделирования хонингования брусками на металлической связке по сравнению с экспериментом исследованием не превышает для параметров Ra и Rmax - 12%, Sm - 6%, D - 8%.
Сравнение значений параметров шероховатости, полученных экспериментально при обработке жесткими брусками и рассчитанных по математической модели 4.4.2. Проверка достоверности модели хонингования эластичными брусками
Результаты экспериментального исследования и исследования по имитационной модели влияния времени хонингования эластичными алмазными брусками АСМ 28/20 100 ВЗ-07 на параметры шероховатости поверхности приведены в табл. 15 и на рис. 49.
Моделирование показало и эксперименты подтвердили, что при хонин-говании эластичными брусками уже после 30 сек хонингования происходит значительное и наибольшее снижение всех высотных параметров шероховатости обрабатываемой поверхности. Дальнейшее увеличение времени хонингования уменьшает интенсивность снижения шероховатости. Из рассмотрения рис. 49 видно, что с уменьшением среднего шага неровностей Sm плотность выступов профиля D повышается. Снижение плотности выступов профиля D и увеличение среднего шага неровностей Sm в начальный период хонингования объясняются тем, что не вся рабочая поверхность бруска находится в контакте с поверхностью обрабатываемого отверстия и не все алмазные зерна эластичных брусков участвуют в резании. Такое изменение параметров D и Sm аналогично работе брусков на металлической связке [32]. По мере увеличения времени работы эластичный слой брусков обеспечивает полное прилегание рабочей поверхности брусков к обрабатываемой поверхности при определенном давлении. После 30 сек хонингования процесс стабилизируется и приводит к интенсивному снижению среднего шага неровностей Sm и соответственно к увеличению плотности выступов профиля D. Погрешность результатов моделирования хонингования эластичными брусками относительно экспериментов не превышает для параметров Ra 8%, Rmax - 7%, Sm - 9%, D - 7%.
Сравним результаты экспериментов и имитационного моделирования хонингования полу эластичными брусками зернистостью 63/50 и концентрацией 100%. Исходный профиль был получен моделированием хонингования брусками на металлической связке зернистостью 100/80 и концентрацией 100%. Погрешность результатов моделирования хонингования эластичными брусками относительно экспериментов не превышает для параметров Ra -8%, Rmax - 7%, Sm - 13%, D - 15% (табл. 16, рис. 50). Расхождение в значениях уровней сечений р для одной и той же относительной опорной длины профиля tp не превышает 10 %.
Моделирование и эксперимент показывают, что основное снижение высотных параметров шероховатости происходит в течение первых 30 сек обработки. В этот период хонингования происходит увеличение числа выступов и, следовательно, снижение среднего шага неровностей Sm и средней длины волны профиля Ха. Это объясняется тем, что не вся рабочая поверхность полуэластичного бруска находится в контакте с поверхностью обрабатываемого отверстия и не все алмазные зерна брусков участвуют в резании. После 30 сек хонингования процесс стабилизируется, автоматически поддерживается постоянная глубина внедрения алмазных зерен в обрабатываемую поверхность, и практически величины Sm, А,а и ) не изменяются.
