Влияние способа обработки поверхности на площадь контакта деталей, подверженных циклическому ударному нагружению Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА СИСТЕМ И КОМПЛЕКСОВ

УДК 67.017

ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ НА ПЛОЩАДЬ КОНТАКТА ДЕТАЛЕЙ, ПОДВЕРЖЕННЫХ ЦИКЛИЧЕСКОМУ УДАРНОМУ НАГРУЖЕНИЮ

С.А. Ахмедов, С.И. Кузин, Р.А. Тер-Данилов

Рассматривается влияние способа обработки поверхности на площадь контакта соударяющихся поверхностей и влияние площади контакта деталей на процесс приработки.

Ключевые слова: площадь контакта, процесс приработки, способы обработки поверхностей.

Одним из основных параметров качества поверхности, определяющих прочность и другие эксплуатационные свойства деталей машин, является величина опорной поверхности. Основываясь на результатах ряда исследований, можно сделать вывод, что на шероховатость поверхностей оказывает влияние способы обработки поверхностей [1, 2, 5 - 7].

При анализе влияния шероховатости поверхности основным вопросом является выбор модели микронеровности. Обзор литературы, посвященной проблеме изучения контактных взаимодействий стыковых поверхностей деталей, показал, что шероховатость моделируется телами правильной геометрической формы: сферическими сегментами (Н.В. Крагель-ский, Арчард, Шалламах, Лодж, Хоувелл, Гринвуд, Вильямсон, Хисакадо, Ф.Р. Геккер, Л.А. Галин, и И.А. Жаров); цилиндрами (Линкольн, Л.А. Галин, Н.В. Крагельский, И.Г. Горячева и В. А. Моров); конусами (М. Тжос, Линг, Яшимото и Хисакадо) [3,4].

В статье рассматривается в первом приближении многократный продольный удар жесткой массой с известной скоростью и поверхности с иррегулярным микрорельефом, с учетом распространения упруго-вязко-пластических волн напряжений в деформируемом материале. Рассматриваемый иррегулярный микрорельеф (рис. 1) моделируется группой кон-

3

сольно защемленных балок разной высоты и площади поперечного сечения, расположенных на поверхности с определенным шагом, подверженных на концах ударному сжимающему воздействию.

Рис. 1. Иррегулярная микрогеометрия

При решении задачи рассматривается поверхность, на базовой линии которой расположено, пять микронеровностей. Система дифференциальных уравнений в частных производных, описывающая задачу, представляет собой систему дифференциальных уравнений в частных производных гиперболического типа:

Эу "до,-р — - У—^ = 0;

0

дг Эу Э х д £/

У7 э7

Э 0 , )

¿=1 * х д £,• ТГ ~

1 до,

м

м

д Г

ЭУ(0, Г*/) дг

ф (о, ,е, );

= Ох (о, гп ; У(0, 0 ) = У0;

(0, /*,• 7 = 1,5,

1=1

(1)

где а7,£7,г7 - напряжение, полная деформация и скорость в материале микронеровностей соответственно; р9Е - плотность и модуль упругости материала микронеровностей; М, - ударяющая масса и скорость удара; £7 - площадь поперечного сечения микронеровности; х - Лагранжева координата; /*7 - время вступления в приработку / микронеровности; Ф(а7-,г7) - экспериментально определяемая функция, характеризующая комплекс вязкопластических свойств материала микронеровности.

4

Анализ результатов при циклическом ударном нагружении поверхности проводился на примере материала Сталь Ст3 при следующих начальных условиях: масса деформирующего элемента - М=0,5 кг; поверхности выбиралась в зависимости от вида обработки (пескоструйная обработка - 400 мкм; сверление - 100 мкм; зенкерование черновое - 50 мкм;

фрезерование - 200 мкм; шлифование - 25 мкм); напряжение на поверхно-

2 2 сти контакта: 600-1500 Н/мм ; площадь поперечного сечения - 8=0,3 мм .

На рис. 2 - 6 представлено изменение площади контакта в процессе приработки, а также демонстрируется влияние скорости удара и метода обработки поверхности на величину площади контакта поверхности, подверженной ударному нагружению.

3

5 4

/2

1

О 10 20 30 40 м ударов

Рис. 2. Изменение площади контакта в процессе приработки

(черновое зенкерование)

& 1'Т I

О 10 20 30 " УдаР™

Рис. 3. Изменение площади контакта в процессе приработки (пескоструйная обработка)

5

3 ,,

л ""2 1 X

О 10 20 30 40 Ы ударов

Рис. 4. Изменение площади контакта в процессе приработки

(сверление)

4

5

3

'\ 2 \ 1

0 7 14 21 28 М ударов

Рис. 5. Изменение площади контакта в процессе приработки

(фрезерование)

6

ммл2

0,34

0,33

0,32 0,31

0,3 0,29

Рис. 6. Изменение площади контакта в процессе приработки

(шлифование)

Полученные результаты расчетов по определению площади опорной поверхности, соответствующей оптимальной высоте микронеровности по одному из рассматриваемых материалов - стали Ст3, позволяют сделать выводы о том, что оптимальная микрогеометрия при различных начальных условиях имеет различные значения, т.е. сложившаяся в процессе работы микрогеометрия поверхности может при изменении условий эксплуатации значительно измениться. Таким образом, при проектировании узлов автоматики специальных устройств, подверженных циклическим ударным на-гружениям, необходимо учитывать изменение микрогеометрии контактирующих поверхностей. Учет рассматриваемых изменений возможен при составлении размерных цепей, в которые будут закладываться определяемые в работе изменения микрогеометрии.

Список литературы

1. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение. 1977. 526 с.

2. Комбалов В.С. Решение некоторых задач оптимизации трения и износа поверхностей деталей машин // Вестник машиностроения. 2002. №8. С. 18 - 21.

3. Циклическая динамика механических систем с упруго-вязко-пластической контактной податливостью элементов / В. Л. Баранов, П.В. Плахов, В. Л. Руденко, А.Б. Скороходов, Р. А. Тер-Данилов, Н.В. Третьяков, В .Л. Чванов. Тула: ТулГУ, Н.Тагил: НТИИМ. 2014. 324 с.

4. Тер-Данилов Р. А. Контактная приработка деталей, подверженных циклическому контактному нагружению. Тула. 2005. 154 с.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

Ахмедов Сергей Александрович, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Кузин Святослав Игоревич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Тер-Данилов Роман Арустамович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

EFFECT OF THE METHOD OF PROCESSING SURFACE AREA CONTACT DETAILS LIABILITY TO CYCLICAL IMPACT LOADING

S.A. Akhmedov, S.I. Kuzin, R.A. Ter-Danilov

The article discusses the influence of the method of surface treatment on the contact area of the colliding surfaces and the influence of the contact area of the parts during running.

Key words: contact area, the process of burnishing, surface treatments.

Akhmedov Sergey Aleksandrovich, student, SP VIVTS@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Cousin Svyatoslav Igorevich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,

Ter-Danilov Roman Arustamovich, candidate of technical sciences, docent, SPVIVTS@ rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University