РАЗДЕЛ 2
ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
ПРОЦЕССА ВИБРАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ
Выбор рациональных технологических процессов, осуществляемых на вибрационных станках, предполагает решение двух вопросов исключительной теоретической и практической важности, которые на сегодняшний день требуют более систематического и полного рассмотрения. Это вопросы взаимодействий рабочей среды и деталей, являющиеся главными при построении моделей обработки и формировании качества поверхностного слоя.
Для моделирования процесса обработки можно использовать два метода: экспериментальный и теоретический. Недостатками экспериментального подхода являются частный характер получаемых зависимостей, отсутствие в них ясно выраженного физического содержания, необходимость проведения большого числа опытов. Теоретические модели более универсальны, обеспечивают лучшее отображение и прогнозирование процессов, однако они обладают высокой степенью абстракции, что не всегда позволяет дать достаточно точное описание конкретных операций обработки. Поэтому эффективным будет разумное сочетание моделей двух вышеописанных типов, при этом основным способом моделирования будет теоретический, а экспериментальный будет использоваться для определения некоторых коэффициентов, характеристик и подтверждения правильности выбора математической модели.
Наиболее общей моделью является модель, отражающая технологическую систему, стpуктуpными и взаимодействующими элементами которой являются станок, приспособление, рабочая среда и деталь. Для создания подобной модели необходимо рассмотреть частные случаи этой системы - систему взаимодействия инструмента и детали, то есть собственно процесс обработки и систему формирования качества поверхностного слоя детали.
2.1. Предпосылки теоретических исследований
2.1.1. Анализ моделей, описывающих процесс обработки деталей в вибрирующих контейнерах.
Остановимся более подробно на анализе существующих методов исследований вибрационной обработки, которые можно разбить на две основные группы:
- описание воздействия гранулы (инструмента) на деталь с целью получения либо съема металла, либо деформирования поверхностного слоя [2, 3, 33, 53, 115];
- описание движения вибрирующего контейнера и его загрузки [2, 37, 53, 115, 116, 117, 118].
При описании взаимодействия гранулы с деталью можно выделить решение следующих задач (см., например, [3, 33, 44, 45, 115, 119, 120, 121]):
- расчет съема металла с поверхности обрабатываемой детали единичной абразивной гранулой (единичный съем) [46, 115];
- расчет полного съема металла на основе расчета единичного съема [2, 3];
- вероятностно-кинематический подход для оценки взаимодействия единичной гранулы и поверхности обрабатываемой детали [32].
Отметим, что задача расчета единичного съема представляет собой сложную контактную задачу, при решении которой основными параметрами являются: сила взаимодействия гранулы с поверхностью обрабатываемой детали, скорости гранулы и обрабатываемой детали (модуль и направление), форма и параметры поверхностей гранулы и детали.
Первые решения указанной контактной задачи основывались на простом рассмотрении взаимодействия гранулы и детали как удара с сохранением импульса системы [3] и изменением кинетической энергии системы [4]. Эти решения были мало пригодны для практического расчета, поскольку содержали трудно определимые параметры. Так, в [3] расчетное выражение для единичного съема содержит как параметр время соударения, который используется и в расчетном выражении для силы взаимодействия гранулы и детали в [4].
Последующие решения рассматриваемой задачи стали учитывать, что взаимодействие гранулы с поверхностью обрабатываемой детали представляет собой взаимодействие (микрорезание, усталостное выкрашивание и упрочнение) с этой поверхностью абразивных зерен, расположенных на поверхности гранулы [2, 33, 44, 53, 120, 122]. В целом, однако, и в настоящее время решение задачи определения съема металла затруднено из-за [121] "... большого разброса значений актов взаимодействия отдельных частиц обрабатывающей среды с обрабатываемой поверхностью". В частности, трудно учесть расположение абразивных зерен по поверхности гранулы, дающих общий эффект обработки [33]. Трудно учесть и результат единичного взаимодействия абразивного зерна с поверхностью детали (так в [123] качественное решение соответствующей задачи рекомендуется корректировать на основе экспериментальных данных).
В связи с этим актуален теоретико-вероятностный подход к решению задачи определения съема металла с поверхности детали, связанный с рассмотрением вероятности такого взаимодействия абразивных частиц с поверхностью детали, которое приводит к покрытию этой поверхности "пятнами контакта" [100, 119, 120, 121, 124, 125]. Основу этого подхода составляет теория геометрических вероятностей в задачах о покрытиях [126]. Однако применение этого теоретико-вероятностного подхода позволяет определить лишь вероятность покрытия обрабатываемой поверхности "пятнами контакта" определенной формы (эллипс) для абразивных гранул сферической формы. Для гранул же несферической формы применение указанного теоретико-вероятностного подхода отсутствует.
При этом, конечно, указанный теоретико-вероятностный подход не снимает необходимости решения контактной задачи о взаимодействии абразивной гранулы с поверхностью детали (чтобы, например, определить размеры "пятна контакта"). В настоящее время, однако, имеется несколько различных решений этой контактной задачи. Так в [50] указывается, что единичный съем металла с поверхности детали пропорционален квадрату силы соударения, которая, в свою очередь, принимается по [53] пропорциональной относительной скорости гранулы и детали, что дает пропорциональность единичного съема квадрату относительной скорости. Автор [120], исходя из той же пропорциональности силы взаимодействия абразивной гранулы с деталью и их относительной скорости по [53], для единичного съема п
- Київ+380960830922