Исследование трибологической самоорганизации в методах комбинированного дорнования отверстий

Язык труда и переводы:
УДК:
621.787
Дата публикации:
18 сентября 2021, 19:06
Категория:
А13. Реновационные технологии в машиностроении
Авторы
Бекаев Андрей Анатольевич
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Чихачева Надежда Юрьевна
ОИТ МОО «Академия проблем качества»
Дегтярева Ирина Борисовна
МОУ Дрезненская СОШ №1
Аннотация:
С использованием алгоритмических процедур «искусственного технологического интеллекта» выполнен параметрический анализ трибологической самоорганизации в методах комбинированного дорнования отверстий деформирующими элементами с различным углом наклона воздействующих поверхностей на примере заготовок из цветных сплавов. Приведены исследования закономерностей формирования размерной точности и шероховатости поверхности получаемых отверстий. Выполнена оценка остаточных деформаций получаемых отверстий. Сформулированы перспективы развития данного метода дорнования.
Ключевые слова:
комбинированное дорнование отверстий, параметры трибологической самоорганизации, размерная точность отверстий, шероховатость поверхности отверстий, коэффициент трения-скольжения, среднее контактное давление
Основной текст труда

Как показывают выполненные исследования [1–3] применение деформирующих элементов с различным углом наклона воздействующих поверхностей позволяет повысить эффективность методов комбинированного дорнования отверстий.

Цель настоящей статьи — провести исследование по оптимизации трибологической самоорганизации в методах комбинированного дорнования отверстий инструментами с винтовой геометрией воздействующих поверхностей.

С использованием алгоритмических процедур «искусственного технологического интеллекта» [4–7] выполнен параметрический анализ трибологической самоорганизации в методах комбинированного дорнования отверстий в заготовках из цветных сплавов деформирующими элементами с различным углом наклона воздействующих поверхностей (рис. 1) [8–10].

Рис. 1. Экспериментальные дорны-прошивки с различным углом наклона воздействующих поверхностей деформирующего элемента: 0 (слева); 8 град (в центре); 16 град (справа)

В качестве образцов-заготовок применяли полые цилиндры (рис. 2) из латуни ЛС 59-1 (100 НВ) и дюралюминия Д1Т (143 НВ) наружным диаметром 39 мм и длиной 40 мм. Номинальная абсолютная деформация отверстия образцов-заготовок i на диаметр варьировалась в диапазоне 0,05...0,35 мм через 0,05 мм. Скорость дорнования 0,05 м/мин. В качестве технологической смазки применялась смесь минерального масла марки И-40 с добавкой 50 % металлоплакирующей многофункциональной присадки «Валена» (патент РФ № 2277579), реализующий эффект безызносности при трении Гаркунова — Крагельского [7, 10].

Рис. 2. Экспериментальные образцы-заготовки из латуни ЛС 59-1 (слева) и дюралюминия Д1Т (справа)

Для параметрического анализа трибологической самоорганизации применялись следующие составляющие коэффициента трения: fa, fд — адгезионная и деформационная составляющие коэффициента трения скольжения f соответственно; qN — среднее контактное давление, МПа; t — средняя удельная сила трения на рабочем конусе деформирующего элемента, МПа [6, 7].

На рис. 3 (ав) представлены графические интерпретации параметрического анализа. Полученные результаты (минимум qN и t при 8 град) хорошо согласуются с экспериментальными зависимостями удельной силы дорнования qд (Н/мм) [8] в виде:

qд(0 град) = 198,76 + 552,28iф;

qд(8 град) = 156,08+528,77iф;

 qд(16 град) = 260,2+484,32iф.

а
б
в

Рис. 3. Зависимости от фактической абсолютной деформации и угла наклона воздействующих поверхностей деформирующего элемента коэффициента трения скольжения (а), среднего контактного давления (б), средней удельной силы дорнования (в) при дорновании отверстий в образцах-заготовках из латуни ЛС 59-1:

а — 0; б —  8 град; в — 16 град

Уменьшение среднего контактного давления qN (рис. 3, б) при увеличении фактической абсолютной деформации iф связано с тем, что номинальная площадь контакта рабочего конуса деформирующих элементов с отверстием образцов-заготовок растет быстрее, чем удельная (погонная) сила дорнования.

Следующим этапом параметрического анализа по аналогии с работой [7] будет являться учет параметров очагов деформации, которые приведены в исследовании [9] в виде знака и величины волны внеконтактной деформации на рабочем конусе деформирующих элементов.

Полученные результаты расширяют информационную базу [5] и физическую обозримость алгоритмических процедур «искусственного технологического интеллекта» для системного синтеза [4–6, 11] инновационных методов дорнования отверстий (а.с. СССР №1655760, патенты РФ №№ 2063861, 2303507, 2475348, 2560477, 2647057) [12–14].

Анализируя зависимости на рис. 3 (ав) можно заключить, что чем больше угол наклона винтовой линии, тем лучше получаемое качество обработанной поверхности (меньше высота неровностей на поверхности детали), что хорошо объясняется эффектом возникновения самодросселирования СОТС по канавкам регулярного микрорельефа (РМР) профиля инструмента. Однако при натяге пластического деформирования i < 0,1 мм качество обработанной поверхности будет несколько хуже — здесь возможен рост коэффициента уточнения по параметру шероховатости детали, что связано с небольшой скоростью истечения смазочно-охлаждающей технологической среды (СОТС), когда скорость движения инструмента выше скорости дросселирования СОТС по канавкам РМР профиля, большая часть СОТС сливается через переливной гидроклапан установки, т. е. работа такого инструмента может проходить в режиме очень близком к сухому трению.

Соответственно, при больших углах наклона \gamma  наблюдалось улучшение качества обработанной поверхности, что связано с увеличением скорости распространения СОТС по канавкам РМР профиля за счет изменения (уменьшения) сопротивления потоку рабочей жидкости, т. е. наибольшая эффективность новых инструментов может быть достигнута при наибольшем угле наклона винтовых борозд на поверхности инструмента.

Обобщая вышеизложенное, можно сделать вывод о работоспособности разработанных новых конструкций инструментов с РМР профилем, которые могут быть рекомендованы к практическому использованию на машиностроительных предприятиях, где применяются методы обработки ППД прошивками и фильерами.

Литература
  1. Щедрин А.В., Таненгольц А.Б. Оптимизация макрогеометрии деформирующего элемента для комбинированного прошивания отверстий // Техника машиностроения. 2001. №1 (29). С. 94–99.
  2. Щедрин А.В. Исследование обрабатываемости вязких сталей комбинированным прошиванием // СТИН. 1998. № 12. С. 27–30.
  3. Щедрин А.В., Алешин В.Ф., Игнаткин И.Ю., Чихачева Н.Ю. Исследование влияния угла наклона воздействующих поверхностей деформирующего элемента на характеристики силовой динамики метода комбинированного дорнования отверстий // Упрочняющие технологии и покрытия. 2020. Т. 16. № 5. С. 212–216.
  4. Щедрин А.В., Кострюков А.А. Чихачева Н.Ю. Искусственный технологический интеллект как идеологическая основа всеобщей системы методов обработки материалов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2015. № 6. С. 20–26.
  5. Щедрин А.В., Игнаткин И.Ю., Чихачева Н.Ю. Системное формирование информационных баз данных характеристик методов обработки для реализации алгоритмических процедур искусственного технологического интеллекта // Упрочняющие технологии и покрытия. 2020. Т. 16. № 10. С. 444–451.
  6. Щедрин А.В., Таненгольц А.Б., Егорова З.И., Скоромнов В.М. Трибологическая концепция системного анализа-синтеза методов деформирующе-режущей обработки // Техника машиностроения. 2001. № 4 (32). С. 53–59.
  7. Щедрин А.В., Бекаев А.А., Игнаткин И.Ю., Бугаев А.М., Чихачева Н.Ю. Влияние состава металлоплакирующей смазки и технологии ее применения на контактные характеристики методов комбинированного дорнования отверстий // Упрочняющие технологии и покрытия. 2020. Т. 16. № 11. С. 504–510.
  8. Сергеев Е.С., Зинин М.А., Гаврилов С.А., Щедрин А.В., Поляков А.О. Влияние угла наклона воздействующих поверхностей деформирующего элемента на характеристики методов комбинированного прошивания (протягивания) отверстий // Упрочняющие технологии и покрытия. 2015. № 3. С. 20–25.
  9. Щедрин А.В., Алешин В.Ф., Бугаев А.М., Минязива Л.Х., Чихачева Н.Ю., Кострюков А.А. Технологические возможности метода комбинированного дорнования отверстий инструментами с винтовой геометрией воздействующих поверхностей // Упрочняющие технологии и покрытия. 2019. Т. 15. № 8. С. 342–347.
  10. Гаркунов Д.Н., Мельников Э.Л., Бабель В.Г., Бабель А.Л., Щедрин А.В., Чихачева Н.Ю. Трибология на основе самоорганизации. Германия: LAMBERT, 2015. 245 с.
  11. Максимов А.Д., Якухин В.Г. Методы обработки: теория содержания и практика применения // Ремонт, восстановление, модернизация. 2018. № 4. С. 17–22.
  12. Воронцов А.Л. Промышленное апробирование результатов исследований совмещенного процесса редуцирования-дорнования // Кузнечно-штамповочное производство, обработка металлов давлением. 2017. № 9. С. 3–10.
  13. Скворцов В.Ф., Арляпов А.Ю. Дорнование глубоких отверстий малого диаметра. Томск: Изд-во ТПУ, 2005. 92 с.
  14. Амбросимов С.К. Упругопластическое растяжение зоны резания — инновационное направление деформирующе-режущего протягивания // Ремонт, восстановление, модернизация. 2018. № 3. С. 38–42.
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.