Усовершенствование метрологического
ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА
ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ НА ПРИМЕРЕ ДЕТАЛИ «КОЛЕСО НАМОТОЧНОЕ»
Объект исследования: высокотехнологичные детали с конструктивными элементами к которым предъявляются особые требования по точности и качеству как самих поверхностей, так и их взаимного расположения.
Результаты, полученные лично автором: разработана методика оценки влияния контактных деформаций на формирования параметров точности расположения сопрягаемых деталей.
Важнейшим этапом жизненного цикла рабочих поверхностей деталей является проектирование, когда закладываются требования к их качеству или непосредственно к эксплуатационным свойствам (а именно контактной жесткости). Эти требования должны формироваться исходя из физической картины контактного взаимодействия деталей и обеспечения оптимальной надежности изделий машиностроения.
В рамках исследования мной рассмотрены технологические методы формирования рабочих поверхностей деталей «Ступицы» и «Диска». Для данных деталей характерно упругое контактное взаимодействие. Детали входят в сборку высокотехнологичного изделия «Колесо намоточное», используемого для производства полотен в рамках программы Церн. Основным эксплуатационным свойством для данных деталей является контактная жесткость. Необходимо было провести анализ контактного взаимодействия деталей в сборке, задачей проведения которого являлось подтверждение правильности назначения параметров качества на контактирующие поверхности и механические свойства материала для обеспечения заданной долговечности.
Контактная жесткость определяет способность поверхностных слоев деталей, находящихся в контакте, сопротивляться действию сил, стремящихся их деформировать:
где p – удельная нагрузка, приходящаяся на площадь контакта; y – контактные перемещения.
Вершины выступов поверхностей деталей, вступивших в контакт, имеют переходный характер деформаций от упругих к пластическим. Этот переход обусловлен величиной критического сближения. Если контактное перемещение вершин выступов меньше критического, то они будут иметь упругий характер деформаций, а если больше, то вершины будут находиться в режиме пластических деформаций.
Фактические площадки контакта будут упруго перемещаться под действием не только собственных сил, но и сил, приложенных к соседним площадкам контакта, т.е. наблюдается взаимное влияние площадок друг на друга.
Данные детали работают при динамическом воздействии нагрузок, вызывающих увеличение пластических контактных деформаций, которые рассчитываются из уравнения:
где Р – нормальная динамическая нагрузка; Рд – дополнительная динамическая нагрузка на контакт; Wz – средняя высота волны; Hmax – максимальная величина макроотклонения; А – геометрическая площадка контакта; C” – коэффициент стеснения; σT – предел текучести материала детали; Т – текущее время с момента действия динамической нагрузки; THB – время испытания на твердость по Бринеллю; m1 – коэффициент:
Деталь «Ступица» изготавливается из ковкого чугуна АК8 ГОСТ4784-97, материал детали «Диск» - из нержавеющей стали. При упругом контакте для пары данных материалов характерны эксплуатационная жесткость и коррозионная стойкость.
Посадочный диаметр детали «Ступица» равен Ø618h6, параметр качества поверхности – Ra2,5 мкм. Предполагаем, что в одной из точек контакта деталей в сборе шероховатость будет иметь значение Ra2,0 мкм, находящееся в пределах допуска заданной шероховатости, а в другой точке контакта – Ra3,2 мкм. Предполагаемый метод получения поверхности - чистовое фрезерование.
Задавшись параметрами, выполняем расчет величин пластического и упругого деформирования в двух точках контакта.
После проведенного анализа при выбранном методе обработки ясно, что при сборке деталей будет наблюдаться перекос.
В процессе анализа принято решение, о смене метода обработки на чистовое точение.
При точении параметр высоты волны Wz будет во много раз меньше этого же параметра при фрезеровании, следовательно, величины пластического и упругого деформирования при схожих значениях остальных параметров при точении окажутся меньше, чем при фрезеровании, а контактная жесткость больше.
Материал поступил в редколлегию 03.05.2017
УДК 004.414
К.С. Филиппова
Научные руководители доценты кафедры «Технология машиностроения», к.т.н. Е.А. Польский, к.т.н. С.В.Сорокин