Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ факторов, определяющих качество поверхности изделий машиностроения 11
1.1 Выбор критериев качества обработанной поверхности 11
1.1.1 Геометрические показатели как критерии качества поверхности 12
1.1.2 Параметры, определяющие физико-механические свойства поверхности 15
1.2 Анализ факторов, определяющих качество поверхности при различных видах обработки 17
1.3 Постановка цели и задачи исследования 32
ГЛАВА 2. Моделирование исследуемых процессов 35
2.1 Модель процесса деформирования микронеровностей 35
2.2 Модель влияние глубины и геометрии индентора на качество обработанной поверхности 39
2.3 Амплитуда колебаний индентора 43
2.4 Выводы по главе 43
ГЛАВА 3. Методика исследования 45
3.1 Описание экспериментальной технологической системы для ультразвуковой финишной обработки 45
3.2 Методика определения выходных характеристик экспериментальной установки 49
3.3 Методика выбора режимов обработки 50
3.4 Методика определения показателей качества поверхности 53
3.4.1 Методика определения изменения шероховатости поверхности заготовки, обработанной резанием 53
3.4.2 Методика определения шероховатости поверхности 54
3.5 Методика определения жесткости технологической системы 55
3.5.1 Методика исследования влияния электро-акустических параметров ультразвуковой системы, статического усилия прижима и геометрии индентора на глубину внедрения 58
3.5.2 Динамическая глубина внедрения 58
3.5.3 Методика расчета амплитуды колебаний индентора 67
3.5.4 Определение влияния статической глубины внедрения индентора и его геометрии на качество поверхности 67
3.6 Разработка плана эксперимента 70
3.7 Выводы по главе 72
ГЛАВА 4. Результаты исследования 73
4.1 Результаты исследования режимов обработки 73
4.2 Влияние статической глубины внедрения индентора и его геометрии на качество поверхностного слоя 82
4.3 Анализ результатов исследований 89
4.4 Вывод коэффициента для математической модели 91
4.5 Влияние геометрии индентора на глубину внедрения 92
4.6 Зависимость амплитуды колебаний индентора от статического усилия прижима 96
4.7 Практические рекомендации 103
4.8 Расчет экономической эффективности при внедрении операции ультразвуковой технологической обработки в технологический процесс изготовления детали 104
4.9 Выводы по главе 105
Заключение 107
Литература
- Геометрические показатели как критерии качества поверхности
- Модель влияние глубины и геометрии индентора на качество обработанной поверхности
- Методика определения изменения шероховатости поверхности заготовки, обработанной резанием
- Влияние статической глубины внедрения индентора и его геометрии на качество поверхностного слоя
Введение к работе
Современный научно-технический прогресс в машиностроении сопровождается непрерывным повышением скорости и мощности машин. Создание передовых конструкций деталей современного машино- и судостроения невозможно без одновременного ответа на ряд вопросов, связанных с технологичностью, экономичностью и долговечностью изделий. При этом особое внимание уделяется повышению производительности, заданной по чертежу точности размеров и формы и необходимых физико-механических свойств поверхностного слоя.
Усложнение условий работы обуславливает необходимость постоянного улучшения эксплуатационных свойств деталей. Эта задача решается как созданием новых более совершенных конструкционных материалов, так и совершенствованием технологии изготовления деталей, и, в первую очередь, повышением качества их чистовой обработки, предопределяющей состояние рабочих поверхностей.
Эксплуатационная надежность изделий машиностроения, работающих, в том числе, в условиях агрессивных сред, холода и кавитации, в значительной степени определяется качеством обработанных поверхностей. Разработка, исследование и внедрение в производство новых методов финишной обработки, повышающих качество поверхности изделий, получили широкое применение во всех отраслях металлообрабатывающей промышленности.
Основным методом механической обработки в холодном состоянии продолжает оставаться обработка металлов резанием. Недостатками такого способа являются, чаще всего, нарушение целостности волокон материала, насыщение металла при абразивной обработке абразивными частицами, а также возникающие при обработке отходы, увеличивающие затраты на материал. Известно, что обработка металлов резанием связана с более интенсивным износом инструмента, снижением стойкости и точности обработки. Методы лезвийной обработки, в силу известных причин, создают в поверхностных
слоях изделий напряжения, рано или поздно сказывающиеся на эксплуатационной долговечности. Наиболее перспективным решением проблемы в этом направлении является замена обработки резанием обработкой давлением, основанной на пластическом деформировании металлов в холодном состоянии.
Работами по изучению механизма холодного пластического деформирования, основных кинематических и динамических зависимостей различных процессов, по влиянию холодной пластической деформации на физико-механические свойства металлов и сплавов занимаются предприятия, научно-исследовательские и проектно-технологические институты. Этой теме посвящены исследовательские работы Ю.Г.Шнейдера, И.В.Крагельского, В.Н.Подураева, Д.Д.Папшева, А.И.Маркова Л.А.Хворостухина, А.Г.Суслова и других авторов.
Методы пластического деформирования, например, обкатка роликами или шариками, описанная в работах А.И.Маркова, В.А.Горохова, Ю.Г.Шнейдера, В.М.Смелянского в какой-то степени снижают остроту проблемы. Описанные выше и широко применяемые способы поверхностного пластического деформирования позволяют упрочнить поверхностный слой, сохранить целостность волокон металла, часто позволяют повысить износостойкость и микротвердость поверхности.
Следует отметить, что взаимосвязь параметров качества поверхности деталей и их эксплуатационных свойств стала одним из основных направлений исследований в области машиностроения. Поверхностный наклеп оказывает благоприятное воздействие на сопротивление деталей разрушению при переменных нагрузках, на повышение выносливости деталей на воздухе и в других средах. Он особенно эффективен для деталей, имеющих концентраторы напряжений (надрезы, коррозионные повреждения, сварные швы), деталей и изделий сложной формы (лопатки турбин, крыльчатки, диски компрессорных установок и т.д.), которые работают в тяжелых условиях: при знакопеременных нагрузках, в агрессивных средах, с высокой частотой вибраций.
И, тем не менее, как свидетельствует опыт предприятий Государственного Российского центра атомного судостроения, технологические методы повышения долговечности изделий, требующих большого запаса прочности, далеко не исчерпаны.
По характеру силового воздействия на поверхностный слой детали указанные методы пластического деформирования являются статическими, поэтому из-за относительно малых давлений и невысокой величины скоростей деформации не позволяют достаточно полно использовать способность металлов к упрочнению. Однако, если заменить статический способ силового воздействия на импульсный, возможно значительно повысить производительность и качественные характеристики процесса пластического деформирования.
Одним из таких, еще в недостаточной степени изученных методов, является ультразвуковая обработка поверхностей, позволяющая получать в некоторых случаях значительно лучшие результаты по сравнению со статическими методами. Ультразвуковые колебания значительно интенсифицируют процесс пластической деформации поверхностного слоя металла и позволяют вести его при значительно меньших статических силах. Ультразвуковая обработка является методом упрочняюще-чистовой обработки поверхности, который позволяет ликвидировать дефекты, созданные в поверхностном слое на предшествующих операциях резания, упрочнить поверхностный слой и создать в нем сжимающие напряжения, что положительно сказывается на долговечности деталей. Простота процесса и оснастки, возможность использования универсального металлорежущего оборудования располагают к применению метода в технологических процессах обработки деталей. Небольшие усилия, прилагаемые к детали, позволяют распространять высокоэффективную обработку поверхностным пластическим деформированием на тонкостенные и маложесткие детали.
Однако говорить об универсальности данного метода не приходится, и установление области его применимости для конкретных марок материалов,
их свойств после обработки и технологических режимов обработки является задачей, вне всякого сомнения, актуальной.
Особый интерес представляют процессы обработки низколегированных сталей, наиболее часто применяемых в современном машиностроительном производстве. Успешное решение указанных задач невозможно без внедрения последних достижений теоретических и практических вопросов повышения пластичности обрабатываемого материала в очаге деформации. В то же время отсутствуют методики, позволяющие назначать технологические режимы обработки для достижения необходимых критериальных значений качества поверхности изделий из различных марок обрабатываемых материалов.
Целью работы является повышение качества поверхности изделий из низкоуглеродистых легированных сталей путем ультразвуковой финишной обработки за счет учета и коррекции режимов, устанавливаемых при компьютерном моделировании.
Для достижения поставленной цели определены задачи исследования:
Выявление основных параметров, влияющих на шероховатость поверхности, полученной в результате ультразвуковой финишной обработки.
Моделирование зависимости качества поверхности от изменения выделенных параметров.
Проведение экспериментов по ультразвуковой финишной обработке образцов с применением инденторов различной геометрии.
Определение зависимости качества поверхности от глубины внедрения и геометрии индентора с учетом влияния жесткости технологической системы.
Разработка математической модели шероховатости поверхности, получаемой при ультразвуковом выглаживании.
Методы исследования', решение поставленных задач осуществлялось проведением теоретических и экспериментальных исследований, разработкой технологических решений и практическим применением полученных резуль-
татов. Теоретико-экспериментальные исследования заключались в выявлении совокупного влияния технологических факторов на шероховатость получаемого методом ультразвуковой финишной обработки поверхностного слоя детали. Использованы основные положения теории упругости, пластичности, технологии металлов и металловедения, физических методов обработки. Научная новизна работы:
разработана методика определения влияния параметров и режимов ультразвуковой финишной обработки на шероховатость поверхностного слоя обрабатываемых изделий из низкоуглеродистых легированных сталей;
путем компьютерного моделирования установлены зависимости глубины внедрения индентора и амплитуды колебаний от статического усилия прижима, а также зависимость шероховатости поверхности от взаимного влияния режимов при ультразвуковой финишной обработке низкоуглеродистых легированных сталей.
Практическая полезность диссертационной работы заключается в следующем:
на этапе моделирования прогнозируется качество поверхности изделий из УФО низкоуглеродистых легированных сталей в зависимости от режимов УФО;
разработаны практические рекомендации по выбору режимов УФО, позволяющих значительно снизить шероховатость поверхности применяемой в технологических процессах обработки изделий.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.
Структурная схема диссертационной работы приведена ниже.
блияющие на шерохобатоапь поверхности, полученной б результате ультразЬукобой финишной обработки
финишной обработки, позболяющие улучшить качестбо поверхности
Разработана математическая измененения шероховатости под влиянием режимоб
жесткости системы, статической силы прижима, площади контакта шдентора с заготовкой статической глубины внедрения исходной шероховатости поверхности
і?
I I
Модель продесса деформирования микронеровностей
Модель процесса влияния глубины
и геометрии индентора
на качестбо обработанной поверхности
Модель процесса влияния амплитуды ультразвуковых колебаний
режимов обработки
Определение изменения шероховатости поверхности ' оезанием
Определение жесткости заготовки в точке контакта инструмента и заготовки
инструмента б заготовку
І 1
I I
І!
X п>
to К о о п>
К S
Расчет амплитуды колебаний индентора в зависимости от его геометрии, уровня мощности генератора и статического усилия прижима
Геометрические показатели как критерии качества поверхности
Геометрические параметры характеризуются линейными размерами, микрогеометрией, включающей шероховатость и волнистость, и макрогеометрией (бочкообразность, конусность и т.д.) [12].
Макрогеометрические характеристики сопрягаемых поверхностей определяют в основном такие свойства изделий как собираемость, взаимозаменяемость и взаиморасположение деталей. На прочность, прирабатываемость и износостойкость, сопротивление схватыванию и другие эксплуатационные свойства деталей в значительной степени оказывают влияние форма микронеровностей рабочих поверхностей и упрочнение поверхностного слоя материала. В целом, характер микрорельефа - высота, шаг, угол наклона неровностей и их взаиморасположение - формируются способом и условиями обработки.
Отрицательно влияет на эксплуатационные свойства поверхностей высокая неоднородность геометрической формы неровностей микрорельефов (рис. 1.1), которые образуются при применении обычных отделочных процессов, таких как тонкое точение, шлифование, обработка обкатыванием и др. [12]. Регулярный микрорельеф повышает свойство удержания обработанной поверхностью масел и смазок, дополнительно снижает износ при возвратно-поступательном характере движения относительно друг друга сопрягаемых деталей [12].
Форма неровностей, образующихся при обработке резанием (а), (б) и пластическим деформированием (в) [12]; г - параметры процесса лезвийной обработки ( S - шаг неровностей, [3 - угол наклона образующих выступов, г - радиус скруглення вершины)
Как известно [45, 7], при обработке резанием шероховатость поверхности Rz образуется как геометрический след рабочего движения резца относительно заготовки. При этом на черновых операциях величина неровностей определяется величиной подачи и радиусом закругления режущей кромки инструмента (рис. 1.1 (г)).
На чистовых операциях шероховатость определяется пластической деформацией обрабатываемого материала, явлениями упругого восстановления материала поверхностного слоя после прохода инструмента и высокочастотными вибрациями инструмента [52].
Оценка однородности микрорельефа может производиться по уравнению профиля поверхности [60]: y(x)=y,(x)+y2(x), 1.1 где уі - систематическая составляющая, обусловленная кинематикой процесса обработки и профилем рабочих кромок инструмента; у2 - случайная составляющая, обусловленная явлениями, связанными с пластической деформацией, жесткостью технологической системы и т.п.
Преобладание случайных или систематических неровностей в профиле зависит от соотношения технологических факторов, влияющих на образование микрорельефа. Мерой доли случайных неровностей в профиле микрорельефа может служить коэффициент неоднородности kz, который определяется как отношение среднеквадратических отклонений высот неровностей случайной составляющей и всего профиля [60]: k, = Pf, 1.2 Ч где Pq2 и Pq - среднеквадратические отклонения соответственно уг(х) и У(х).
В случае, если профиль идеально однороден, то kz=0; если полностью неоднороден, то kz=l. Для точения и фрезерования к2=0,2-ь0,9, шлифования к2=0,7н-0,9, доводки и полирования kz=0,8+0,9, вибровыглаживания и вибро-накатывания kz=0,15-Ю,3 [60].
Способы создания поверхностей с высокооднородным микрорельефом открывают большие возможности установления связей между параметрами режимов обработки и эксплуатационными свойствами деталей машин и приборов. В этом случае микрорельеф рассматривается [11, 28, 60] как регулируемая система, на которую воздействуют инструменты с применением параметров и режимов обработки, определяющих в итоге соответствующий эффект в виде улучшенных эксплуатационных свойств деталей машин и приборов. Зная влияние технологических факторов на шероховатость поверхности, можно назначать режимы обработки, обеспечивающие заданное значение параметра шероховатости.
Создание регулярных микрорельефов виброобработкой имеет преимущество перед другими процессами поверхностно-пластического деформирования по производительности, простоте выполнения и универсальности применения. Кроме того, виброобработка поверхностно-пластическим деформированием сопровождается значительным упрочнением поверхностного слоя металла.
Модель влияние глубины и геометрии индентора на качество обработанной поверхности
Итак, в процессе УФО, в зависимости от глубины внедрения индентора и исходной шероховатости поверхности, возможны три варианта деформирования микронеровностей: 1) Глубина внедрения индентора не достаточна для полного деформирования микронеровностей. В результате происходит не значительное смятие вершинок и не полное заполнение впадин. 2) Глубина внедрения такова, что происходит полное заполнение впадин. 3) Глубина внедрения слишком велика, в результате чего происходит полное смятие микронеровностей, и сверх того, внедрение индентора в основной материал. В этом случае происходит выдавливание материала, вследствие чего увеличивается диаметр обработанной поверхности.
Зависимость шероховатости обработанной поверхности от геометрии индентора возможно объяснить изменением площади контакта, геометрии следа, кратности деформирования.
Варьируя геометрию индентора можно добиться требуемой глубины внедрения в зависимости от статической силы прижима, электро-акустических параметров ультразвуковой системы и механических свойств обрабатываемого материала. В результате внедрения сферического индентора на определённую глубину, в зависимости от диаметра обрабатываемой поверхности, можно получить соответствующую площадь контакта, которая, исходя из определения твёрдости по Бринеллю, не превысит некоторой величины. Также применение инденторов различной геометрии позволяет изменять скорость обработки за счёт изменения подачи.
При поверхностном пластическом деформировании в ультразвуковом поле применяют инденторы сферической и эллипсоидной формы.
Расчёт производился для индентора эллипсоидной формы, т. к. сферический является всего лишь его частным случаем. При расчёте площади контакта пренебрегали шероховатостью контактирующих тел.
Вводим систему координат (рис.2.5).
Площадь контакта индентора эллипсоидной формы и цилиндрической заготовки находилась путём расчёта поверхностного интеграла. Поверхностный интеграл подынтегральное выражение dS := E-G-F -du-dua - элемент поверхности. Площадь контакта индентора эллипсоидной формы и цилиндрической заготовки (рис.2.6):
Пренебрегая твёрдостью микронеровностей и считая поверхности контактирующих тел абсолютно гладкими, а индентор абсолютно твёрдым, исходя из определения твёрдости по Бринеллю определялась площадь пятна кон такта индентора и цилиндрической заготовки, образуемого в результате действия статической силы Р сг р ASCT:=-—— [Н], 2.17 ст НВ-9.81 тогда, по известной площади контакта, находилась статическая глубина внедрения hCT [мкм].
Глубина внедрения рассчитывается в математической модели путём задания цикла, цель которого подобрать глубину внедрения соответствующую полученной площади контакта. Такой способ оказался необходим, так как в результате интегрирования формулы (результат интегрирования приведён в приложении 3), из полученной зависимости в настоящее время не удалось выразить глубину внедрения.
Амплитуда колебаний индентора
В процессе ультразвуковой финишной обработки индентор совершает колебания, амплитуда которых зависит от статического усилия прижима индентора к заготовке и от мощности, передаваемой индентору генератором ультразвуковых колебаний. Амплитуду колебаний индентора находим по формуле: A:=hK-hCT [мкм], 2.18 где hK - глубина внедрения индентора в ультразвуковом поле (определяется экспериментально-аналитическим методом (см. п.4)); hCT - статическая глубина внедрения (см. п.2
Анализ экспериментальных и аналитических исследований в области установления влияния отдельных факторов на процесс формирования поверхностного слоя позволили акцентировать направление исследования на зависимости качества обработанной поверхности от получаемого пятна контакта и возникающем при этом значении амплитуды колебаний.
Проведенные этапы моделирования физического процесса деформирования микронеровностей поверхностного в результате ультразвуковой обработки поверхности позволили:
1. Разработать методику проведения эксперимента, выделяя основные направления исследования и наиболее важные критерии.
2. Сочетать данные теоретических расчетов и эмпирические результаты экперимента.
Для производительности и точности обработки целесообразно последовательно производить механическую обработку и ультразвуковое выглаживание с одной установки: после выполнения заключительного перехода обработки резанием осуществлять на том же станке ультразвуковую финишную обработку.
Для определения технологических режимов ультразвуковой финишной обработки была построена математическая модель, основанная на методе регрессионного анализа данных [32]. Основное преимущество методов математического планирования по сравнению с методами, когда отыскивается оптимум по одному фактору при фиксированных значениях всех других, состоит в том, что появляется возможность одновременного изучения большого числа факторов, влияющих на процесс, возможность количественно оценить влияние каждого отдельного фактора и эффекты межфакторных взаимодействий [14,18].
Главной проблемой недостаточно широкого применения ультразвуковой финишной обработки является отсутствие современного надежного и безопасного оборудования. Известные в машиностроении ультразвуковые устройства для обработки поверхностей не нашли в свое время широкого применения, несмотря на существенные преимущества перед классическими технологиями, только потому, что технические средства, которые применялись для реализации ультразвуковых технологий, были недостаточно надежны. Их характеристики: амплитуда колебаний волновода ультразвукового преобразователя, мощность ультразвукового генератора, резонансная частота преобразователя, коэффициенты потерь преобразователя и волновода нестабильны во времени. А именно их стабильность и определяет эффективность воздействия ультразвука на материал в зоне обработки [21,25,48].
Методика определения изменения шероховатости поверхности заготовки, обработанной резанием
Для определения динамической глубины внедрения индентора проводился ряд опытов для получения следов инструмента на поверхности образца. Образованное пятно контакта на неподвижном образце представлено на рис.3.10.
В ходе опытов варьировалось статическое усилие прижима индентора к образцу и ступени работы генератора ультразвуковых колебаний. Время контакта индентора с заготовкой в процессе опытов не превышало 3-х секунд.
Фотографии пятен контакта снимали с помощью электронного микроскопа Intel Play QX3, который обеспечивает увеличение в 10, 60 и 200 раз. Микроскоп представляет собой пластмассовый цилиндр с механически переключаемой оп тикой (три окуляра) и электронной начинкой, осуществляющей необходимое преобразование и соответствующий интерфейс с компьютером, с пластмассовой станиной с предметным столиком, на котором помещаются исследуемые образцы. Необходимо отметить, что конструкция данного устройства допускает отдельное от станины использование цилиндра с оптикой и электроникой. Это позволяет расширить возможности устройства и исследовать образцы, размеры которых не позволяют поместить их на предметный столик микроскопа.
Микроскоп подключался непосредственно к персональному компьютеру, посредством которого и осуществлялось управление. Данное устройство рассчитано на работу исключительно в комплекте с компьютером, к которому он подключается через стандартный порт USB. Это позволяет не только осуществлять информационную связь с компьютером, но и необходимое электропитание устройства. Регулировка фокуса и выбор уровней увеличения (дискретно х10, хбО, х200) выполняется вручную на микроскопе. Имеется возможность выбора одного из двух вариантов подсветки: снизу, сверху. Эта функция осуществляется программно. Программными же средствами выполняется и фиксация изображений
Измерение пятен контакта производили в программе Adobe Photoshop 5.0 и пересчитывали в действительный размер (находилось отношение полученных размеров отпечатка к увеличению микроскопа).
После измерений производился расчёт глубины внедрения индентора по следующей методике: Исходные данные: RHr - радиус инструмента в горизонтальной плоскости, мм; RHB - радиус инструмента в вертикальной плоскости, мм; R д - радиус заготовки в точке внедрения индентора, мм; В ог - размер отпечатка в горизонтальной плоскости, мм; В ов - размер отпечатка в вертикальной плоскости, мм
Глубина внедрения инструмента в деталь в горизонтальной плоскости по отпечатку (по оси X) hr:=RHr 2 Вог 3.3 Глубина внедрения инструмента в деталь в вертикальной плоскости по отпечатку (по оси Y) / Л 2 Вов R R R R иг иг д д \ 2 Вов 3.4 4 / hrthB 3.5 Средняя глубина внедрения инструмента в заготовку hcp Формулы выведены согласно рис.3.10. Последовательность опытов:
В ходе опытов индентор подводился к соответствующей точке заготовки, включался генератор ультразвуковых колебаний, устанавливалась необходимая ступень работы генератора и производилось внедрение. По достижении статического усилия, оговорённого в опыте, происходила выдержка в течении 3-х секунд при данной статической силе и затем отвод индентора. Сталь 40Х, индентор с радиусом 10 мм: Образцы из стали 40Х принимали участие в эксперименте, как представители другой группы материалов для получения некоторых сравнительных характеристик.
Опыты проводились на образце, обработанном согласно рис.3.11 с исходной шероховатостью поверхности Ra = 3 мкм. Согласно рис.3.12 в каждом из указанных сечений при неизменном статическом усилии получали 5 пятен контакта (соответственно на I, II, III, IV ступенях регулировки мощности генератора и без включения генератора), равномерно распределяя их по окружности в соответствующем сечении.
Влияние статической глубины внедрения индентора и его геометрии на качество поверхностного слоя
Очевидно, что увеличение мощности генератора приводит к возрастанию глубины вдавливания индентора, причем, если при этом также повышать статическое усилие прижима, то значение глубины внедрения становится еще больше. На четвертой ступени при больших значениях мощности генератора ухудшаются условия работы индентора, что приводит к возникновению процессов интенсивного трения.
Используя графическую зависимость (рис.4.16), можно определить амплитуду колебаний индентора под нагрузкой - Aoi - А04 - на различных ступенях работы генератора.
Установленное изменение глубины внедрения индентора в зависимости от его геометрии, обрабатываемого материала и жесткости технологической системы при статическом нагружении ( без включения вращения заготовки), показано на рис.4.17.
Для уменьшения степени влияния жёсткости системы на получаемую шероховатость поверхности при ультразвуковой финишной обработке (для получения единой шероховатости по всей поверхности) необходимо увеличивать не только радиус применяемого индентора, но и статическое усилие прижима для сохранения необходимой глубины внедрения. В тоже время, если при обработке твёрдых материалов максимальное статическое усилие, обеспечиваемое ультразвуковой головкой окажется недостаточным для деформирования микронеровностей поверхности, то уменьшение радиуса индентора позволит достичь необходимой глубины внедрения. Разработанная математическая модель позволяет подобрать оптимальное решение для любых условий ультразвуковой финишной обработки. координата положения индентора по длине заготовки, мм
Для более пластичного материала наблюдается большее значение статической глубины внедрения индентора, а также меньшее значение радиуса индентора создает большее контактное давление, что, в свою очередь, приводит к увеличению глубины внедрения. 4.6 Зависимость амплитуды колебаний индентора от статического усилия прижима
В результате обработки экспериментальных данных выведены зависимости амплитуды колебаний индентора от статического усилия прижима (без учёта ступени генератора). Вывод зависимостей осуществлялся в программе Microsoft Excel 97 построением линий тренда и подбором функции наиболее полно описывающей данный процесс. В результате оказалось, что наиболее точно зависимость амплитуды колебаний от статической силы описывается степенной функцией.
Для практических целей при разработке технологических процессов ультразвуковой финишной обработки важно знать зависимость амплитуды колебаний под нагрузкой (т.е. глубины наклепа при обработке) от значения статического усилия прижима индентора к заготовке.
Для получения требуемого значения шероховатости необходимо создать определенное напряжение в зоне контакта. Эпюра контактных давлений зависит от величины статической силы обработки. По мере заполнения впадин мик ропрофиля и упрочнения поверхностного слоя увеличивается сопротивление пластической деформации, и амплитуда колебаний с дальнейшим ростом силы выглаживания возрастает менее интенсивно. Причем, увеличивая мощность генератора, можно добиться увеличения амплитуды колебаний индентора (рис.4.18).
По графическим зависимостям можно судить о том, что амплитуда колебаний индентора в первую очередь зависит от свойств обрабатываемого материала. Скорее всего, при обработке различных материалов на одной и той же ступени генератора, изменение амплитуды колебаний является результатом влияния микротвёрдости обрабатываемого материала.
Подобное предположение сделано на том основании, что на каждой ступени работы генератора в результате наложения ультразвуковых колебаний, на холостом ходу, обеспечивается мгновенная сила обусловленная амплитудой колебаний и массой колеблющейся части. При соприкосновении индентора с обрабатываемой заготовкой мгновенная сила на холостом ходу начинает воздействовать на материал заготовки. При этом получаем площадь контакта, соответствующую мгновенной силе, а значит, и определенную глубину внедрения индентора. Если действующая мгновенная сила не позволяет на данном материале получить глубину внедрения, соответствующую амплитуде колебаний индентора на холостом ходу для выбранной ступени генератора, то, соответственно, амплитуда колебаний и мгновенная сила, зависящая от амплитуды, снижаются.
При наложении статического усилия прижима амплитуда колебаний индентора получает дополнительный фактор, ограничивающий её величину, так как за счёт уже полученной глубины внедрения индентора от статической силы амплитуда колебаний будет не полной глубиной внедрения под воздействием мгновенной силы, а разностью между полной глубиной внедрения и глубиной внедрения от статической силы. Значит, амплитуда уменьшится под воздействием статической силы, а мгновенная сила уменьшится в результате снижения амплитуды и конечная глубина внедрения будет меньше, чем до приложения статической силы.
В том случае, если деформация обратимая, т.е. ее значение напряжения превышает предел упругости, А0 под нагрузкой по сути и есть величина, на которую произойдет поверхностное пластическое деформирование детали.
