РАЗДЕЛ 2
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРОЦЕССА ВИБРОАБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ В ПОЛЕ КВАЗИПОСТОЯННЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ
2.1. Общие методики основных методов исследования
При описании процесса виброцентробежной обработки использовались вербальные методы.
Производительность процесса виброцентробежной обработки исследовалась теоретически с использованием положений теории механизмов и машин, математического моделирования. Для учета влияния на производительность обработки применяли метод теории размерностей.
Данные экспериментов подвергали аналитическому анализу с определением 95% доверительных интервалов.
2.2. Процесс виброцентробежной обработки
При виброабразивной обработке в поле центробежных сил съем металла с обрабатываемых деталей осуществляется абразивом в результате относительного перемещения рабочей среды относительно деталей под действием вибрационной и центробежной сил.
При виброабразивной обработке, в результате действия вибрационной силы, съем металла осуществляется за счет одновременного воздействия трех механизмов - скалывания, истирания и микрорезания.
Скалывание происходит при соударении единичных выступов зерен абразива с деталью; истирание происходит при взаимном, почти параллельном, перемещении деталей и наполнителя, микрорезание - сопровождается снятием с деталей тончайших стружек.
Из всех указанных выше механизмов съема металла наибольший объем удаляемого металла приходится на микрорезание.
Таким образом, в основу виброабразивной обработки должен быть положен процесс микрорезания, который осуществляется режущими выступами абразивных зерен, который обеспечивает существенное повышение производительности.
Но упомянутый выше механизм обработки имеет и ряд недостатков, а именно: в связи с наличием разрушения скалыванием, деталь подвергается микроударам, которые оставляют на поверхности обрабатываемой детали микроуглубления, а это ведет к ухудшению качества поверхности; процесс микрорезания в свою очередь оставляет на детали микробороздки в результате снятия стружки, что также ухудшает качество обработанной поверхности; и, наконец, наличие микроударов влечет за собой изменение конфигурации и формы деталей малой жесткости.
Избежать перечисленных недостатков можно путем наложения поля квазипостоянных центробежных сил на рабочую камеру, увеличивая давление абразивных гранул на обрабатываемую поверхность. При этом увеличивается доля механизма истирания, который обеспечивает повышение качества обработанной поверхности, исключить или уменьшить негативное влияние процесса скалывания, т.е. исключить наличие микроударов по поверхностям деталей.
В этом случае наибольший объем снимаемого металла будет приходиться на механизм истирания, который и лежит в основе виброцентробежной обработки, при которой реализуется процесс притирки, напоминающий собой процесс ручной обработки металлов.
Из-за отсутствия жесткой кинематической связи между деталью и инструментом скорости движения абразивных частиц и деталей под действием центробежных сил различны (рис. 2.1). В нижней части рабочей камеры за счет конфигурации днища направление векторов перемещения частиц и центробежных сил противоположно. В результате будет происходить процесс интенсивной обработки, а в верхней части камеры направление векторов скоростей частиц и направление действия центробежных сил совпадают. Здесь происходит процесс перемешивания, что обеспечивает стабильное протекание процесса и способствует возрастанию производительности.
Поверхность детали после виброцентробежной обработки не имеет микротрещин и направленных рисок, характерных для обычных методов механической обработки, а представляет собой однородную поверхность, которая обеспечивает повышенную усталостную прочность деталей в условиях знакопеременных нагрузок. В этом отличительная особенность виброцентробежной обработки.
Рис.2.1 Схема движения абразивных зерен в рабочей камере. Fт - сила тяжести, Fв - вибрационная сила, Vц - вектор скорости абразивных частиц и деталей
2.3. Производительность процесса виброцентробежной абразивной обработки
Принципиальная схема виброцентробежной установки, на которой исследовалась производительность процесса (рис. 2.2) представляет собой механизм, состоящий из центральной оси 5, передающей вращение от электродвигателя на водило 3, на котором закреплена платформа 6 с пружинными опорами 7. На опорах расположен контейнер 1 с загрузкой массы абразива и деталей. Под днищем контейнера находится мотор - вибратор 2 с закрепленными на его оси дисбалансами 4.
Расположение рабочих контейнеров на вращающемся водиле (l >> 2a) приводит к тому, что центробежные силы в рабочей камере будут изменяться от Fц min до Fц max причем диапазон изменения выбран таким, чтобы этими изменениями можно было пренебречь, т.е. рассматривать центробежные силы как квазипостоянные. На способ ВЦО в среде квазипостоянных центробежных сил подана заявка на выдачу патента Украины (заявка № 269 от 16.09.04. Приложение Г)
Установка представляет собой систему с тремя степенями свободы. Это перемещения вдоль оси Y и вдоль оси Z, поворот вокруг оси X - на угол ?.
Масса загрузки контейнера находится в состоянии псевдокипящего слоя с коэффициентом присоединения, зависящим от режима обработки, массы деталей, характеристик абразивного наполнителя, поэтому исследование полного дифференциального уравнения колебательной системы переменной массы и наличие диссипативных сил связано с большими математическими трудностями.
Для составления дифференциального уравнения движения системы с целью получения частот собственных колебаний и амплитуд вынужденных колебаний используем метод уравнений Лагранжа II рода [108]. Введем некоторые понятия и обозначения, а именно, понятие эквива