Смоленцев В.П., А.И.Болдырев, Смоленцев Е.В. Теория электрических и физико-химических методов обработки - файл n6.doc

приобрести
Смоленцев В.П., А.И.Болдырев, Смоленцев Е.В. Теория электрических и физико-химических методов обработки
скачать (19739.8 kb.)
Доступные файлы (7):
n1.doc7166kb.24.10.2007 18:29скачать
n2.doc13444kb.23.01.2008 14:10скачать
n3.doc3313kb.24.10.2007 18:29скачать
n4.doc3436kb.24.10.2007 18:29скачать
n5.doc1172kb.24.10.2007 18:29скачать
n6.doc878kb.24.10.2007 18:29скачать
n7.doc48kb.24.10.2007 18:29скачать

n6.doc

1   2   3




Рис. 7.8. Электрод-инструмент для комбинированной обработки

обработки комбинированным электродом-инструментом. Электрод-инструмент содержит рабочую часть 1, калибрующий элемент (дорн) 2, передний 3 и задний 4 направляющие элементы, выполненные по форме контура обрабатываемой поверхности из диэлектрика. В элементе 2 для прохода электролита выполнены отверстия 5, а в элементах 3 и 4 – пазы 6 и 7 соответственно. Рабочая часть 1 и калибрующий элемент 2 соединены между собой посредством тяги 8 с диафрагмой 9 и упругого элемента 10. На внутренней поверхности рабочей части 1 установлен прерыватель тока к механизму для протягивания со штоком 11, а на внутреннем торце ее - тонкая диэлектрическая прокладка 12. Рабочий ток от источника питания подводится токоподводом 13.

Для заданной величины наклепа находят расчетным или экспериментальным путем припуск, необходимый для протягивания. Скорость перемещения комбинированного инструмента задают такой, чтобы, независимо от исходного припуска после обработки поверхности рабочей частью 1 инструмента, оставался назначенный припуск под протягивание. Для регулирования скорости перемещения ЭИ может быть использовано постоянное усилие продольного его перемещения, которое обеспечивают механизмом подачи станка.

Сопротивление движению калибрующего элемента 2 зависит только от припуска, оставшегося после анодного растворения, необходимого для обеспечения расчетной величины наклепа. Следовательно, размещенная перед элементом (по ходу движения инструмента) рабочая часть электрода растворяет припуск до того момента, пока не останется стабильный стой материала под упругопластическую обработку. Это гарантирует высокую точность изготовления канала (7-9 квалитет), стабильность наклепа (отклонение от расчетной величины не более 1%).

Инструмент вводят в предварительно вскрытое отверстие с припуском, большим того, который снимают при протягивании. После подачи рабочего тока и электролита в зону обработки происходит анодное растворение обрабатываемой поверхности под рабочей частью 1 до величины припуска, необходимого для протягивания. При дальнейшем движении комбинированного инструмента калибрующий элемент 2 за счет оставшегося припуска создает требуемый наклеп поверхности.

Таким образом в этом методе используется ЭХО и механическое упрочнение, которое управляет законом движения электрода-инструмента.

Комбинированная электромеханическая обработка может быть реализована во многих случаях [8]. Если имеется местное снижение диаметра канала заготовки, то способ позволяет ускоренно удалять повышенный припуск непосредственно перед калибрующим элементом 2 за счет задания инструменту для электрохимической обработки осциллирующего движения вдоль оси канала. При этом возникает ускоренного производительного локального съема металла в месте повышенного наклепа, создаваемого ударными воздействиями инструмента.

В тех случаях, когда происходит остановка калибрующего элемента 2 на участках со сниженным диаметром обрабатываемого канала, рабочая часть 1 комбинированного электрода-инструмента продолжает движение до тех пор, пока диафрагма 9 тяги 8 не надавит на шток 11 прерывателя технологического тока. В результате прекращается рабочее продольное движение и происходит полная остановка электрода-инструмента. Далее под действием элемента 10, упругость которого соответствует расчетной силе протягивания, рабочая часть 1 начинает совершать возвратно-поступательное движение к калибрующему элементу 2. По достижении рабочей частью 1 исходного положения (ее контакт с калибрующим элементом 2 через диэлектрическую прокладку 12) освобождается шток 11 и создается рабочая сила для протягивания, возобновляется движение подачи комбинированного электрода-инструмента. Выравнивание припуска под калибрование позволяет обеспечить высокую точность канала независимо от погрешности заготовки.

Расчет предельных технологических показателей. Конечная точность канала и его наклеп зависят от величины продольной силы перемещения комбинированного электрода-инструмента, определяемого размерами обрабатываемой заготовки, припуском на упрочнение (натягом на калибрование), геометрией инструмента, физико-механическими свойствами обрабатываемого материала, трением на контактных поверхностях и другими факторами, взаимосвязи которых определяют технологические показатели комбинированного метода.

Натяг калибрующего элемента определяет величину продольной силы и нормальное давление в зоне контакта калибрующего элемента с обрабатываемой деталью.

Величину натяга Zупр необходимо выбирать, исходя из условия получения требуемого наклепа, создания благоприятных остаточных напряжений, достижения меньшей шероховатости обработанной поверхности.

Диаметральный натяг 2Zупр определяют [8] как разность номинальных размеров (диаметров) контактирующих поверхностей калибрующего элемента dk и отверстия d0, полученного после предшествующей электрохимической обработки
2Zупр = dk - d0. (7.15)
Для обеспечения такого натяга необходимо деформировать деталь со степенью деформации [8]

E=200 Zупр/d0,
где E — степень деформации, %.

В процессе деформации механические свойства металлов значительно изменяются. Характер и величину изменения механических свойств можно определить по эмпирической зависимости [8], в которой учтены твердость металла и воздействие предшествующей электрохимической обработки:
HB=HB0+AEn, (7.16)
где HB — твердость, соответствующая оптимальному наклепу поверхностного слоя;

HB0 — твердость, соответствующая исходному состоянию металла;

A, n — эмпирические коэффициенты.

Степень деформации E и степень наклепа UH, связаны зависимостью, приведенной в [8]
. (7.17)
Откуда
. (7.18)
После некоторых преобразований получена зависимость для расчета натяга, обеспечивающего требуемый наклеп поверхности:
, (7.19)

Твердость металла в ненаклепанном состоянии HB0 и эмпирические коэффициенты A и n выбираются с учетом рекомендаций [8].

Для реализации разработанного КМО необходимо определить продольную силу, которая требуется для преодоления сопротивления металла деформированию и силы трения, возникающей в зоне контакта обрабатываемой заготовки с рабочей поверхностью калибрующего элемента.

Силу, необходимую для перемещения комбинированного инструмента при расчетном натяге без учета наклепа поверхностного слоя перед калибрующем элементом, можно определить как сумму составляющих нормальных давлений и контактных касательных сил в направлении действия силы
P=Pд+Pтр, (7.20)
где Pд — деформирующая сила;

Pтр — сила трения на конической контактной поверхности.

Для определения величины деформирующей силы выделяют на контактной поверхности элементарный участок dFk (рис. 7.9). Нормальная сила dPk, действующая на этот участок:
dPk=PkdFk,
где Pk — нормальное контактное давление.

По направлению движения инструмента будет действовать составляющая dP силы dPk:
dP=dPk . cos(90° - ),
где — угол заборного конуса калибрующего элемента;

90°- — угол между направлением нормального контактного давления и направлением движения инструмента.

После преобразований
dP=Pk . dFk . cos(90° - ). (7.21)


Рис. 7.9 Расчетная схема для определения продольной силы

Произведение dFk . cos(90° - ) представляет собой площадь проекции рассматриваемого элементарного участка контактной поверхности на плоскость, перпендикулярную к направлению движения инструмента, т.е. на плоскость, перпендикулярную к направлению действия технологической продольной силы, где
dF = dFk . cos(90° - ).
Откуда
dP = Pk . dFk. (7.22)
Деформирующая сила Pд действует на плоскость, перпендикулярную к вектору движения инструмента, и изменяется по зависимости
. (7.23)
Принимая давление постоянным и равномерно распределенным по поверхности контакта калибрующего элемента и заготовки определяют деформирующую силу
Pд = Pk F sin , (7.24)

где F — площадь конической поверхности калибрующего элемента.
F = Zупр(dk-Zупр) / sin . (7.25)
где dk — диаметр по ленточке калибрующего элемента;

Из (7.48) и (7.49)
Pд = Pk Zупр(dk - Zупр). (7.26)
Вектор силы трения на конической контактной поверхности, спроектированный на вектор движения инструмента, определяется через величину нормального контактного давления и коэффициент трения f.
Pтр = Pk Zупр(dk - Zупр) . f / tg (7.27)
Величина силы протягивания ЭИ (P), равна сумме Рд и Ртр.
P = Pk Zупрdk . (1+ f / tg ), (7.28)
гдк принято dk=dk-Zупр.

Из (7.52) следует, что на величину Р влияет геометрия калибрующего элемента.

Точность канала после КМО зависит от диаметра рабочего пояска калибрующего элемента и стабильности величины припуска Zупр.

Величину суммарной погрешности 0 можно определить по зависимости
, (7.29)
где s — поле рассеяния размеров отверстий после обработки; HB — поле рассеяния твердости обрабатываемого материала; — поле рассеяния натягов на калибрующем элементе;

k — поле рассеяния размеров, вследствие изменения коэффициента осевых напряжений;

T — погрешность от тепловых деформаций заготовки при колебании температуры нагрева в процессе калибровки канала; Ф — предельное отклонение формы отверстия; Ф — отклонение от круглости отверстия.

Доли погрешностей, входящих в (7.29), оцениваются путем сравнения с точностью калибрования дорнованием и показателями электрохимикомеханической обработки.

Наибольшие отклонения размеров отверстий зависят от двух факторов - нестабильности исходных свойств материала заготовок HB и непостоянства величины натяга дорнования Zупр. При этом величина погрешности HB может быть значительной, так как рассеяние твердости вследствие технологической наследственности может достигать 30 - 40% от ее среднего значения. Величину HB можно снизить дополнительными термическими операциями для выравнивания механических свойств заготовок.

Предшествующая стадия электрохимической размерной обработки по предлагаемому способу позволяет снизить величину погрешностей размеров канала в несколько раз. Так, погрешность HB, обусловленная неоднородностью механических свойств, может быть сведена к нулю при условии, что величина припуска, удаленного электрохимическим методом, больше глубины залегания остаточных напряжений.

Повышение исходной точности канала перед калиброванием приводит к снижению погрешности обработанного отверстия, так как создаются предпосылки стабилизации натяга на калибрующем элементе и сужения поля рассеяния натягов Zупр, определяемых полем допуска отверстия, предварительно обработанного ЭХО с получением требуемого припуска на деформирование.

Результаты оценки суммарной погрешности 0 в поперечном сечении для образцов из труб, изготовленных из стали 45 методом проката, приведены в таблице 7.3.

Случайная погрешность k обусловлена колебаниями величины продольной силы, которая при современных средствах ее регулирования пренебрежимо мала.

Предшествующая электрохимическая обработка позволяет снизить погрешности формы отверстия Ф и Ф до 15 - 50% от общей величины, особенно при малых диаметрах отверстий. В период взаимодействии заборного конуса калибрующего элемента с обрабатываемой поверхностью происходит нагрев зоны обработки до 373 - 573 К, что приводит к появлению тепловых деформаций и изменению физико-механических свойств материала заготовок. Изменение температуры вызывает увеличение размаха суммарного рассеяния размеров отверстий. Рассматриваемый процесс улучшает условия охлаждения рабочей зоны (обильная подача жидкого электролита) и за счет скорости подачи инструмента и в случае скорости калибрования 0.01 - 0.012 м/с нагрев практически прекращается. При установившемся теплообмене поле рассеяния размеров отверстий обычно невелико, и погрешностью T можно пренебречь.
Таблица 7.3. Расчетные значения случайных погрешностей труб после КМО


Поперечное сечение трубы

Случайные погрешности

Квалитет точности

S

HB

Zупр

488

0,0018

0,0016


0,011

0,161

0,021

11

7

898

0,0018

0,0016

0

0,233

0,043

12

7


Примечания: Числитель - значения погрешностей после дорнования, знаменатель - значения погрешностей после электрохимикомеханической обработки по а.с. № 1085734.
Анализ зависимости (7.29) с учетом условий электрохимикомеханической обработки показывает, что здесь создаются реальные предпосылки повышения точности канала за счет снижения величины составляющих погрешностей (рис 7.10).


a)

б)



Рис. 7.10. Схема для определения суммарной погрешности обработки канала в поперечном сечении а) при дорновании; б) при комбинированной обработке.



Анализ рис. 7.10 показывает, что комбинированный метод заметно снижает погрешность размеров каналов. Расчет погрешности выполняют по методике:

На рис. 7.11 приведен алгоритм автоматизированного расчета параметров КМО. В его основе лежит предложенный в [9] критерий массовыноса

,

где m1 – масса удаленных при анодном растворении продуктов обработки;

m2 – масса продуктов обработки, которые могут быть вынесены из зоны анодного растворения потоком электролита с выбранными характеристиками (степень загрязненности, скорость и др.).
7.4.4 Контактномеханический метод

Особенности метода. К особенностям метода относится протекание процесса при временном контакте электродов, что возможно только в случае использования низкого напряжения, когда сопротивление окисных пленок достаточно для предотвращения импульса тока. Окисные пленки на металлах являются полупроводниками, и между электродами протекает ток, который, ввиду малой толщины пленки, создает плотность выше предельной, т.е. обеспечивает анодный съем припуска в местах контакта электродов. При этом скорость удаления металла зависит от толщины пленки, изменяющейся под действием контактного давления, например, в зубчатых передачах. В этом случае достигается локальное удаление припуска на аноде и его выравнивание относительно теоретического профиля. Такой процесс используется при ремонте и восстановлении контактных пар (зубчатых колес, шлицевых соединений), когда одна из деталей сохраняет требуемую точность профиля (например, зубчатое колесо большого диаметра) или такая деталь заменена на новую, изготовленную с заданной точностью.

В случае износа профиля зубьев (шлицев) на обоих колесах и при наличии припуска на обработку за счет остаточной (после эксплуатации) части допуска на толщину зуба можно использовать переменную полярность, где обработка происходит по схеме притирки и может снизиться имеющееся нарушение теоретического профиля, например, эвольвенты.

Механизм протекания процесса. На примере зубчатых передач показано, что местные разрушения профиля при эксплуатации, как правило, вызывают концентрацию напряжений, несовместимую с дальнейшей эксплуатацией узлов, и такие зубчатые колеса необходимо заменять.

При расчете технологических режимов учитывают, что в любом случае износ одного из колес (как правило, меньшего диаметра) существенно выше, поэтому параметры процесса находят, принимая колесо с меньшим износом кондиционным (что в большинстве случаев отвечает реальности).

Тогда расчетная схема для управления процессом отвечает приведенной на рис. 7.12, где приняты следующие начальные условия: износ по профилю зуба имеет плавные переходы между участками; минимальный припуск имеет положительное значение относительно нижнего предельного контура зуба (граница 3 на рис. 7.12); металлический контакт между сопрягаемыми зубьями отсутствует, т.е. в точке «а» (рис. 7.12) имеется некоторый слой рабочей среды, препятствующий соприкосновению частей 1;2 при доводке.

Граничным условием будет

, (7.30)
где zmin – минимальный припуск относительно нижней границы допуска на толщину зуба для заданной степени точности зубчатой передачи.

Для выполнения граничного условия (7.30) необходимо рассчитать величину неравномерности припуска (?z) в конце доводки.




Рис 7.12. Расчетная схема процесса при доводке профиля зуба:

1 - профиль не изношенного зуба; 2 - контур сечения изношенного зуба с рабочей стороны; 3 - нижняя граница по толщине изношенного зуба;

4 - вязкий приэлектродный слой; Zmax – предельный допуск на обработку изношенного зуба; Zmin – минимальный припуск на обработку изношенного зуба; z – неравномерность припуска по профилю.

Если принять, что в точке «а» (рис. 7.12) имеется пограничный слой с повышенной вязкостью, то его толщина, определяющая минимальный межэлектродный зазор при доводке, рассчитывается по зависимости [4]:

, (7.31)
где ? - кинематическая вязкость среды;

L – длина зоны обработки;

W0- средняя скорость перемещения рабочей среды;

D – коэффициент диффузии.

Для расчета D предлагается [4] эмпирическая зависимость
D=0,96 10-3 1+0,0289 (Т-273).
Вязкость в рабочей среде [10] в зоне точки «а» (рис. 6.21) имеет значение, соответствующее вязкости индустриального машинного масла при Т=315 К.

Длина зоны обработки может быть принята равной дуге перекрытия зубчатой передачи, которая составляет
L=pi,
где - коэффициент перекрытия. Величина «» выбирается в пределах 1,2-1,5;

pi –шаг между зубьями по начальной окружности
pi = ,
где m - модуль колеса.

Среднюю скорость перемещения рабочей среды W0 можно найти при условии, что вязкая среда перемещается в зоне контакта зубьев с проскальзыванием. Тогда для дуги перекрытия L при частоте вращения n
W0 = KLn= K pin, (7.32)
где К – коэффициент проскальзывания, учитывающий отставание жидкости от зоны контакта колес; выбирается аналогично параметрам шестеренчатых насосов.

Из [4] известно, что нижний предел скорости течения рабочей среды для электрохимической размерной обработки составляет 0,5 м/с.

Тогда можно найти частоту вращения передачи
, (7.33)
где zзуб – число зубьев колеса;

Dд – диаметр обрабатываемого колеса по делительной окружности.

Правомерно также предположение, что для оценочных расчетов неравномерности припуска в конце обработки профиля зуба, когда zmin0, величина z не должна превышать величины допуска на толщину зуба. Плотность тока (а следовательно и локальный съем припуска) на всех участках профиля изменяется обратно пропорционально изменению межэлектродных зазоров. По рис. 7.12 минимальный зазор в точке «а» составляет S1, а максимальный (точка «б») –
S2 = S1 + z(),
где z() – изменение неравномерности припуска в течение времени обработки .

Тогда без учета перекрытия зубьев скорость съема материала (V) при доводке по [4], в точках «а» и «б» составит
. (7.34)
Время удаления припуска б определяется через съем zmin (точка «б» на рис. 7.12) при условии достижения z n .

Из (7.58)
.
После преобразований

. (7.35)
Очевидно, что время обработки участков в точках «а» и «б» одинаково (а = б = ), хотя скорость анодного растворения в точке «а» будет существенно выше, т.к. величина «» измеряется микронами и при выполнении условия массовыноса [4] повышенный съем материала в точке «а» будет снижать неравномерность припуска.

Для выполнения граничного условия необходимо в конце доводки получить (рис. 7.12)
z  0.
C учетом (7.59)
, (7.36)
где L, W0 – находят по (7.35).

Откуда находят zmin, определяющий пригодность колеса к ремонту.

Решение уравнения (7.35) позволяет также найти время обработки (), при котором выполняется условие (7.36). Учитывая малую величину z относительно общего припуска, решение может быть выполнено дискретным методом последовательных приближений.

Число проходов в процессе доводки можно найти, зная из зависимости (7.34), какое количество металла с поверхности удаляется за 1 оборот колеса (z'). Тогда отношение припуска на обработку к величине съема металла за проход даст искомую величину.

Число проходов при доводке должно быть кратным отношению zmin к предельной погрешности z' c округлением в сторону увеличения до целого числа (mпер):
. (7.37)
Если mпер=1, то расчет выполняется по (7.35). В других случаях находят суммарное время обработки 0.

Съем zmin можно представить как дискретное удаление припуска zm min при числе переходов m пер.
, (7.38)
где
. (7.39)
m - общее время обработки одного зуба.

Управление дискретным процессом доводки с удалением припуска zmin возможно по времени обработки 0
. (7.40)
Если полученное время обработки превышает расчетное по зависимости (7.35), то его берут равным по (7.35).

Если расчетное 00, то принимают 0=0, что показывает возможность получения требуемого профиля при сохранении части припуска на обработку по контуру зуба без доводки.

Следует отметить, что величина 0 определяет время обработки изношенной поверхности одного участка , а не всего колеса.

Общее время обработки определяется как
общ = 0, (7.41)
где Н – длина обрабатываемой поверхности, то есть поверхности, на которой происходит контакт зубьев;

– длина участка, на котором обработка идет в данный момент времени.

В работах по трибологии приводится частная зависимость для цилиндрических поверхностей, разделенных смазкой, где средний зазор «S» определяется по формуле
(7.42)
где Р1 max – максимальное давление среды в зоне контакта;

0 – средняя динамическая вязкость среды в зазоре;

rпр – приведенный радиус кривизны;

W0 – скорость относительного перемещения поверхностей;

Епр – приведенный модуль упругости (выбирается из справочников);

 - пьезокоэффициент вязкости среды при температуре входа ее в зону контакта (выбирается из справочников).

Из (7.42) при средней вязкости среды 0 можно найти силу давления в зоне контакта Р1:
(7.43)
С некоторым приближением величину Smin можно оценить по зависимости
Smin=K1(Rz1+Rz2), (7.44)
где К1 – коэффициент, учитывающий максимальные неровности профиля (К1=1,2-1,5).

Имея геометрические размеры рычагов установки и колес определяют силу торможения, при которой следует выполнить доводку колеса.



1   2   3


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации