Международная научно–техническая
конференция молодых ученых, аспирантов и студентов
СевНТУ, г. Севастополь, Украина, 2009
Введение. Обеспечение высокого качества
поверхности у точных керамических деталей – сложная техническая задача. Наряду с низкой
шероховатостью, специфическим требованием, обеспечивающим заданные эксплуатационные
характеристики деталей, является отсутствие дефектов поверхности в виде сколов, микротрещин.
В связи с этим возрастает роль финишной операции – алмазной доводки [1].
На данный момент практически отсутствуют
сведения о влиянии соотношения шероховатости инструмента–притира и зернистости суспензии,
изменяющего условия контакта зерен с поверхностями инструмента и детали, на эффективность
процесса доводки керамики.
Поставленная задача относится к категории
технических задач, не поддающихся аналитическому решению либо требующих огромных затрат на
экспериментальную реализацию решения. Вопрос о влиянии соотношения между шероховатостью
инструмента – притира и зернистостью суспензии на процесс обработки, обеспечивающего повышение
точности и снижение себестоимости операции доводки остается открытым вследствие недостаточной
изученности и трудоемкости. Возможный вариант решения этой задачи – на основе численного
микромоделирования [3] системы притир – алмазная суспензия, которая может быть реализована в
среде ANSYS, чему и посвящена представляемая работа.
Основная часть. Для прогнозирования
технологических возможностей доводки деталей из ХНМ на основе численного моделирования процесса
контакта элементов алмазной суспензии и притира, рассмотрим, влияние условия взаимодействия
притира и зерна на процесс резания. Возможны три варианта условий взаимодействия зерен суспензии
с шероховатой поверхностью притира. Первый вариант – размер зерна соизмерим с микронеровностями
притира (рис.1,I – а и б), при этом зерно удерживается притиром и в благоприятных условиях
обрабатывает поверхность изделия; второй вариант – зернистость алмазной суспензии значительно
меньше шероховатости притира (рис.1, II), вследствие чего доводка детали будет вестись не
суспензией, а самим притиром, что, в свою очередь, может сказаться на качестве поверхности
самой детали; третий вариант – шероховатость притира значительно меньше зернистости суспензии
(рис.1, III – а и б), из-за чего возможно нарушение сплошности поверхности притира, вызванное
высокими напряжениями, возникающими при малой площади зоны контакта зерна и притира, что также
отрицательно скажется на процессе доводки.
Рисунок 1 – Схема взаимодействия алмазных зерен разной зернистости с притиром
I, II, III – алмазные зерна; 1 – притир:
а) реальная модель; б) математическая модель
Так как реальный микропрофиль поверхности
притира довольно сложно численно смоделировать, то для решения данной задачи в программе ANSYS
принимаем поверхность притира ровной, а его шероховатость при моделировании будем учитывать за
счет разной глубины внедрения алмазного зерна в инструмент при доводке. В качестве алмазного
зерна используем сплошной шар [1].
В качестве исходных данных для решения
задачи являются: физико-механические свойства материала притира и алмазного зерна. Давления в
зоне обработки берем равной р=0,11 МПа, взятое из рекомендуемых режимов доводки керамики на
станке СПШ-1 [2]. При увеличении зернистости давление в зоне обработки на единицу зерна
увеличивается, что ведет к повышению шероховатости обработанной поверхности детали. Т.к.
давление изменяется не значительно, то в программе ANSYS данные изменение не повлекли к
изменению исследуемых параметров, из-за чего эксперимент был проведен для одного значения
давления. В качестве исследуемого инструмента был взят чугунный притир. Обрабатываемый материал
техническая антифрикционная керамика.
Для прогнозирования технологических
возможностей доводки деталей из хрупких неметаллических материалов (ХНМ) рассмотрим влияние
давления алмазного зерна на чугунный притир путем изменения зернистости алмазной суспензии d=35; 40; 45; 50 мкм
и глубины внедрения зерна в притир h=0,1d; 0,15d; 0,2d; 0,25d.
В процессе решения задачи в программе
ANSYS, были получены напряженные состояния алмазного зерна в зоне контакта с притиром и эпюры
перемещений зерна в притир. Данные состояний приведены на рисунках 2 и 3.
Рисунок 2 – График влияния глубины внедрения зерна (h) в притир на напряженное состояние модели в зависимости от зернистости (d)
Рисунок 3 – График влияния глубины внедрения зерна (h) в притир на перемещение в зависимости от зернистости (d)
Анализируя графики, делаем вывод о том,
что с увеличением зернистости алмазного зерна в притир происходит рост смещения вершины зерна,
что связано с увеличением площади контакта зерна и притира.
Влияние диаметра алмазного зерна и глубины внедрения
зерна в притир на напряжение не однозначно. Так при минимальной глубине проникновения зерна в
притир напряжения максимальные, так как больший объем зерна давит на площадку контакта.
Выводы. Для повышения производительности
притирки плоских деталей из ХНМ, исследовав полученные графики можно предложить следующее:
использовать чугунные притиры с низкой шероховатостью, т.к. зерна, посаженные на исследуемые
глубины, независимо от размера зерна, вызывают меньшие напряжения в зонах контакта;
использовать различные алмазные суспензии в зависимости от операции, так для черновой
доводки можно использовать большую зернистость, при чистовой – меньшую, т.к. силы, действующие
при такой доводке меньше по сравнению с черновой доводкой;
для уменьшения смещения зерен в притир необходимо использовать суспензии с меньшей
зернистостью и притиры с более высокой шероховатостью.
Список литературы
- Орлов П.Н. Технологическое обеспечение качества деталей методами доводки. – М.: Машиностроение, 1988. – 384 с.
- Алмазная обработка технической керамики. Л., «Машиностроение» (Ленингр.отд-ние), 1976. – 160 с.
- Басков К. А. ANSYS в примерах и задачах / под. ред. Д. Г. Красковского. – М.: Компьютер Пресс, 2002 – 224 с.
Вверх