CC BY
13
УДК 67.017
ВЛИЯНИЕ НА ПРОЦЕСС ПРИРАБОТКИ МЕТОДА ОБРАБОТКИ
ПОВЕРХНОСТИ, ПОДВЕРЖЕННОЙ ЦИКЛИЧЕСКОМУ УДАРНОМУ НАГРУЖЕНИЮ
В. Л. Баранов, Р. А. Тер-Данилов
Рассматривается иррегулярная деформируемая поверхность, подверженная многократному ударному нагружению. Анализируется влияние способа обработки материала поверхности на процесс приработки её геометрических и механических характеристик.
Ключевые слова: микрогеометрия, микронеровность, приработка
Большинство деталей автоматики высокотемпного стрелково-пушечного вооружения в процессе эксплуатации подвергаются многократному интенсивному ударному нагружению, в процессе которого ближайшие окрестности контактирующих поверхностей локально деформируются, в результате чего их геометрические параметры и механические свойства материалов в процессе эксплуатации значительно меняются (так называемое явление приработки), что необходимо учитывать и закладывать в конструкцию на этапах проектирования и отработки [1 - 4].
Проведенный анализ литературы, посвященной процессам, сопровождающим соударения деталей, позволил сделать вывод о том, что возможно целенаправленное управление качеством поверхностей деталей автоматики, подверженных ударному нагружению, путем нанесения регулярного микрорельефа [4].
В современном машиностроении редко используются технологии, позволяющие на контактирующих поверхностях получать регулярный микрорельеф различных видов, из-за значительных затрат на модернизацию или даже переоборудование существующего производства. Поэтому в статье рассматривается многократный продольный удар жесткой массой с известной скоростью и поверхности с иррегулярным микрорельефом.
Отдельно взятая микронеровность может моделироваться консоль-но защемленным стержнем (рис. 1). Причем материалы стержня и заделки идентичны, поэтому при соударении не будет наблюдаться дробления волны напряжений в месте перехода микронеровностей в объем детали и, как следствие, не будет интерференции волн напряжений, что существенно упрощает задачу [4].
Каждая из микронеровностей моделируется стержнем постоянного поперечного сечения 8, подверженным на свободном торце динамическому воздействию (рис. 1). Анализ волновых процессов в стержне проводится при следующих допущениях: перемещение частиц стержня в продоль-
ном направлении есть функция только х и X , где х - продольная Лагранже-ва координата поперечного сечения стержня в недеформированном состоянии; X - время.
Рис. 1. Единичная микронеровность
При этом поперечные сечения стержня, плоские до деформации, остаются плоскими в процессе её.
Эти допущения сводят процесс деформирования к распространению плоских продольных волн напряжений в стержне. Решение проводится в декартовой системе координат, причём ось х совпадает с продольной осью стержня, а начало координат расположено на торце стержня, подвергаемом динамическому нагружению.
Уравнение движения частицы стержня в рассматриваемом случае имеет вид
Э v(x, х) Э о(х, х)_
Р
+
■■Л,
(1)
Э х Э х
где р - плотность материала стержня (принимается постоянной в процессе деформирования); о и V - напряжение и скорость частиц стержня в поперечном сечении с координатой х в момент времени X соответственно,
Л _■
я
где ое - предел текучести; Я - радиус стержня.
Полная деформация е и скорость V связаны известным условием совместности:
Э V Э е
Э
х
Э х
В качестве определяющего соотношения материала стержня используется соотношение [4]
07 " Е Э7 = Ф • г)Н(е)]• (3)
Э г Е Э г
где Н (X) - единичная функция Хевисайда, отражающая упругий характер разгрузки; / (£) - функция, аппроксимирующая диаграмму статического нагружения.
Рассматривается продольный удар жесткой массой М со скоростью
Уо:
М МО^О = -о(0, Г )ХГ 8(0(,г>; Э г v } [1 + £(0,0]
у( 0,0 ) =п0; 8(0,0) = 80, (4)
А = — хе [Н; + ¥. Я
Начальные условия соответствуют ненапряжённому недеформиро-ванному стержню, находящемуся в состоянии покоя [4]:
о ( х, 0 ) = £ ( х ,0 )=п( х, 0 )= 0. (5)
Уравнения (1) - (3) , граничное условие (4) и начальные условия (5) однозначно и полностью описывают напряжённо-деформированное состояние материала стержня и распространение плоских неупругих волн в нём.
Уравнения (1) - (3)образуют систему линейных дифференциальных уравнений в частных производных первого порядка с разрывной правой частью:
Э у(х, г) Э о(х, г)
р —^^ +-А,
Э г Э х
Э V (х, г) Э £ (х, г)
—^—--^— = 0, (6)
Э х Э г
Э £ ( х , г ) 1 Э 7 ( х , г )
—--Ф (о (х, г), £ (х, г) )Н Го (х, г) -/(е)]
Э г Е Э г
Анализ результатов решения проводился на примере материала Сталь Ст3 при следующих начальных условиях: масса деформирующего элемента М = 0,5 кг; Я2 поверхности выбиралась в зависимости от вида обработки: пескоструйная обработка - 400 мкм; сверление - 100 мкм; зен-керование черновое - 50 мкм; фрезерование - 200 мкм; шлифование -
25 мкм; напряжение на поверхности контакта: линия 1 - 600 Н/мм ; ли-222 ния 2 - 800 Н/мм ; линия 3 - 1000 Н/мм ; линия 4 - 1250 Н/мм ; линия 5 -22 1500 Н/мм ; площадь поперечного сечения Б = 0,3 мм .
На рис. 2 - 6 представлено изменение Я2 в процессе приработки, а также показано влияние скорости удара и метода обработки поверхности на величину равновесной шероховатости поверхности, подверженной ударному нагружению.
25 50 75 N ударов
Рис. 3. Изменение Яг в процессе приработки (пескоструйная обработка)
12
Рис. 4. Изменение Яг в процессе приработки (сверление)
О 25 5 0 75 М
Рис. 6. Изменение Яг в процессе приработки (шлифование)
Анализ полученных результатов показывает, что в процессе приработки происходит значительное изменение микрогеометрии поверхности, которое зависит от топографии деформируемой поверхности, а также от начальных условий.
Предложенный подход к определению «равновесной» шероховатости в процессе циклического ударного нагружения позволяет прогнозировать величину «равновесной» шероховатости при различных начальных условиях, зная которую, можно учитывать полученные результаты при проектировании узлов автоматики СПВ, подверженных в процессе работы циклическому ударному нагружению. Это позволит избежать поломок, связанных с изменением размеров деталей, входящих в узлы автоматики СПВ в процессе приработки.
Список литературы
1. Баранов В.Л., Канунников А.В., Тер-Данилов Р.А. Вероятностные характеристики распределения высоты регулярного микрорельефа как факторы управления силовыми параметрами в задачах контактной приработки // Вестник машиностроения. № 11. 2014. С. 17 - 20.
2. Тер-Данилов Р.А.Особенности моделирования процесса деформации поверхности, подверженной многократному удару // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2014. Вып. 12. Ч. 2. С. 264 - 269.
3. Бабич Ю.С., Коновалов Д. А., Тер-Данилов Р. А. Влияние качества поверхности на период приработки деталей СПВ // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 11. Ч. 1. С. 314 - 319.
4. Баранов В.Л., Тер-Данилов Р.А Кинетика поверхностной приработки деталей при многократном ударном нагружении // Вестник машиностроения. № 4. 2005. С. 23 - 25.
Баранов Виктор Леопольдович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Тер-Данилов Роман Арустамович, канд. техн. наук, доц., SPVIVTS@ rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFLUENCE ON PROCESS OF EARNING EXTRA MONEY OF METHOD OF TREA TMENT OF SURFACE SUBJECT TO CYCLIC SHOCK LADENING
V.L. Baranov, P.A. Ter-Danilov
The article deals with the irregular deformable surface is subject to repeated shock loading. Examines the influence of the method of treatment of the material surface during running of its geometric and mechanical characteristics.
Key words: microgeometry, micro-roughness, break-in period.
Baranov Victor Leopoldovich, doctor of technical sciences, professor, SP VIVTS@rambler. ru , Russia, Tula, Tula State University,
Ter-Danilov Roman Arustamovich, candidate of technical sciences, docent, SPVIVTS@ rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.784.4
ФИНИШНАЯ ОБРАБОТКА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
В. Л. Баранов, Е.А. Дронов, В.Н. Лаврухин, Н.В. Третьяков
Рассмотрены особенности финишной обработки внутренней поверхности цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Обоснована перспективность замены операции хонингования на операцию вибронакатывания, при которой формируется регулярный микрорельеф с требуемыми эксплуатационными показателями, задаваемыми диаграммой Аббота.
Ключевые слова: микрогеометрия поверхностного слоя, финишная обработка, хонингование, вибронакатывание, диаграмма Аббота.
Эксплуатационные характеристики поршневых двигателей существенно зависят от микрогеометрии поверхностного слоя рабочей поверхности цилиндров, которая формируется на финишных операциях технологического процесса, в качестве которых применяются различные способы хонингования [1].
