close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Исследование взаимосвязи усилия с деформацией образцов при внедрении конического ролика в цилиндрические детали..pdf

код для вставкиСкачать
УДК 621.9
Н. И. Никифоров
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ УСИЛИЯ С ДЕФОРМАЦИЕЙ ОБРАЗЦОВ
ПРИ ВНЕДРЕНИИ КОНИЧЕСКОГО РОЛИКА В ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ДЕТАЛИ
Камышинский технологический институт (филиал) ВолгГТУ
Поверхностное пластическое деформирование (ППД) роликами широко применяется при
обработке цилиндрических поверхностей деталей машин. При этом на величину назначаемого усилия деформирования накладывается ряд
ограничений, учитывающих необходимость
формирования поверхности с заданной шероховатостью и наибольшей производительностью, а при обработке тонкостенных деталей не
превышение значений, при которых наступает
недопустимая деформация.
Решение вопросов нахождения оптимального усилия деформирования при достижении
требований по качеству и производительности,
с учетом наложенных выше ограничений, возможно на основе изучения взаимосвязи между
конструктивными параметрами контактирующих тел, геометрией контакта и распределением контактных напряжений. Для роликов конического профиля эти вопросы изучены недостаточно полно, а известные из литературных источников данные в основном относятся к
применению профильных роликов.
В ходе исследования было установлено, что
контактная зона, состоящая из двух участков,
ограничена дугами эллипсов с полуосями:
на участке внедрения
A1 = Rд ⋅ 1 +
2
1
4
м
)
(
a
⋅ 2 ⋅ Rд2 − zм2 + 2 ⋅ Rд ⋅ Rд2 − zм2 , (1)
z
на участке сбега
A2 = Rд ⋅ 1 +
)
(
a22
⋅ 2 ⋅ Rд2 − zм2 + 2 ⋅ Rд ⋅ Rд2 − zм2 , (2)
zм4
где а1, а2, zм – длины участков внедрения, сбега
и полуширина контакта соответственно, для определения которых получены формулы:
zм = сosω ⋅
a1 =
a2 =
2Rд ⋅ rpmin ⋅ hm − rpmin ⋅ hm2
;
Rд + rpmin − hm
где ω – угол самоподачи; α – задний угол внедрения ролика; rр min – радиус меньшего основания конического ролика; R1 – радиус профиля
ролика в зоне внедрения.
Для определения влияния напряженного состояния на усилие деформирования и глубину
внедрения ролика была принята за основу задача Герца для контакта поверхностей двоякой
кривизны. Это позволило определить усилие
деформирования как:
A2 z м2
⎛ A1 zм1
⎞
Py = 2 ⋅ σmax ⋅ ⎜ ∫ ∫ Mdlк1dzк1 + ∫ ∫ Ndlк2dzк 2 ⎟ ,
⎜
⎟
A2 − a2 0
⎝ A1 − a1 0
⎠
2
2
(4)
2
2
где M = 1 − ⎛⎜ lк1 ⎞⎟ − ⎛⎜ zк1 ⎞⎟ ; N = 1 − ⎛⎜ lк2 ⎞⎟ − ⎛⎜ zк2 ⎞⎟ ;
⎝ A1 ⎠
zм1 =
⎝ Rд ⎠
Rд
⋅ A12 − lк1 ;
A1
⎝ A2 ⎠
zм2 =
⎝ Rд ⎠
Rд
⋅ A22 − lк2 .
A2
Значение σmax можно найти на основе экспериментально выявленной взаимосвязи между
усилием вдавливания и глубиной внедрения ролика по формуле
σ max =
Pyэ
⎛
2⋅⎜ ∫
⎜
⎝ A1 − a1
A1
z м1
∫ M dl
э
0
dzк1 +
к1
A2
z м2
∫ ∫
A2 − a2 0
⎞
N эdlк 2dzк 2 ⎟
⎟
⎠
, (5)
где Pyэ – экспериментально измеренное усилие
вдавливания; выражение, стоящее в знаменателе, определяется через геометрические параметры контакта (а1, а2, А1, А2), вычисленные по
ранее представленной методике (1, 2, 3) для
экспериментально измеренной глубины внедрения hмэ.
Для определения величины наибольших напряжений на поверхности контакта получена
зависимость:
σ ⋅ ( A2 − a2 )
(6)
σ maxк = max
.
a22 − 2 ⋅ a2 ⋅ A2
Для учета механических свойств материала
σmax представлено в виде:
2 R1 ⋅ hm − hm2 ;
Rд2tg 2α − hm2sin 2ω + 2Rдhmsin 2ω + ( hm − Rд ) tgα
,
sin 2ω + tg 2α
(3)
σ max = K p ⋅ K т ⋅ HB,
(7)
где Кр и Кт – коэффициенты, учитывающие соответственно влияние твердости материала де-
тали и толщины стенки трубы (для вала сплошного сечения Кт=1); НВ – твердость материала
детали, МПа.
В представленные выше расчетные зависимости входит такой параметр контактной зоны,
как глубина внедрения ролика в поверхность детали. Поскольку взаимосвязь усилия деформирования с глубиной внедрения для конических
роликов практически не изучена, поэтому были
проведены экспериментальные исследования.
Для этого применялся специальный стенд (рис. 1),
представляющий собой рычажный механизм, с
грузовым нагружением, при этом измерение деформаций внутренней и внешней поверхности
трубы проводилось с помощью индикаторов часового типа с применением специальных приспособлений.
Эксперимент проводился с деталями, представляющими собой валики и втулки, изготовленные комплектами из различного материала.
Наружный диаметр образцов 20 мм, толщина
10
а
б
Рис. 1. Экспериментальный стенд:
в
а – общий вид; б – зона измерений; в – схема проведения измерений: 1 – стол фрезерного станка; 2 – опорный кронштейн; 3 –
рычаг; 4 – втулка; 5 – роликодержатель; 6 – оправка; 7 – поворотный стол; 8 – двуплечий рычаг; 9 – опора; 10 – устройство
плавного нагружения; 11 – подвеска с переменным грузом; 12 –
палец; 13 – деформирующий ролик; 14 – деталь; 15 – сухарь;
16 – шток; 17,18 – индикатор
43
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
Рд,
кН
3
σmaxK
σmaxK,
МПа
Pд
Kp
1
9
850
6
7
800
5
2
2
5
750
4
3
600
3
1
550
2
3
0,04
0,08
0,06
σmax
1
Кр
0,1
0,12
0,14
hм, мм
Рис. 2. Экспериментальная взаимосвязь между усилием вдавливания и глубиной внедрения ролика
в деталь сплошного сечения – Pд , зависимость максимальных контактных напряжений σmaxК и поправочного коэффициента Kp на твердость от наибольшей глубины вдаливания hм:
1 – для стали 20, НВ 1556 МПа; 2 – для стали 45, НВ 2172 МПа; 3 – для стали 40Х, НВ 2546 МПа
Рд,
кН
8
Kт
5
6
4
4
3
2
2
Pд
3
2
Кт
1
0,02
0,04
0,06
Кт
hм, мм
Рис. 3. Экспериментальная зависимость между усилием вдавливания и глубиной внедрения ролика в поверхность втулки – Pд; поправочного коэффициента на толщину стенки трубы – Kт от наибольшей глубины внедрения –
hм для стали 20, НВ 1556 МПа с толщиной стенки:
1 – 3 мм; 2 – 2,5 мм; 3 – 2 мм
стенки втулок – 3; 2,5; 2; 1,5 мм. В ходе эксперимента изменялось усилие вдавливания и
толщина стенки втулки. Применялся конический ролик длиной 50 мм с углом конусности 2°, диаметром меньшего основания 17,5 мм
и радиусом закругления 2 мм. Углы установки
ролика: задний угол 0,5°, угол самоподачи 1,5°.
Полученные экспериментальные данные,
для детали сплошного сечения и втулки соответственно, по взаимосвязи усилия вдавливания с глубиной внедрения ролика представлены
на рис. 2 и 3. Здесь же показаны найденные по
формуле (6) максимальные контактные напряжения и поправочные коэффициенты, входящие в зависимость по определению усилия деформирования (4).
Анализ графиков представленных на рис. 2,
показывает, что с возрастанием твердости материала и глубины наибольшего внедрения ролика контактные напряжения возрастают. Для
более пластичного материала, контактные напряжения растут менее интенсивно. В целом
результаты, полученные для контактных напряжений, хорошо согласуются с приводящимися в литературе данными о том, что величина контактных напряжений при ППД превосходит предел текучести в 2…3 раза. Значение коэффициента Кр увеличивается с уменьшением
твердости материала и глубины наибольшего
внедрения ролика. Одинаковое значение коэффициента может соответствовать сталям различной твердости, но при разных глубинах
внедрения ролика. Это говорит о том, что коэффициент Кр учитывает действительную, полученную после деформации, твердость материала.
При вдавливании ролика в поверхность
втулки, измеренное перемещение ролика равно
сумме внедрения ролика в поверхность и деформации стенки трубы. Как показывают эксперименты, величины полного вдавливания
значительно превосходят значения, полученные
для сплошной заготовки. При этом характер
влияния усилия деформирования на величину
перемещения ролика сохраняется прежним.
При деформировании втулки, имеющей меньшую толщину стенки, глубина вдавливания
увеличивается. Коэффициент влияния толщины
44
ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ
стенки трубы с увеличением толщины стенки
трубы уменьшается, что хорошо согласуется с
его сущностью, так как для сплошного материала он берется равным единице. С увеличением наибольшей глубины внедрения ролика
влияние этого коэффициента возрастает, так
как увеличивается продавливание стенки трубы. С уменьшением толщины стенки действительная величина внедрения уменьшается, что
объясняется увеличением податливости стенки
трубы. Кривые имеют заметную тенденцию к
уменьшению угла наклона к оси абсцисс, что
говорит о существовании предельных величин
внедрения из-за нарастающей величины продавливания стенки. В рассматриваемом диапазоне усилий вдавливания получены действительные глубины внедрения, вполне достаточные для обеспечения процесса ППД (0,05…
0,08 мм). Однако это сопровождается остаточной деформацией стенки трубы (рис. 4).
Остаточные деформации с уменьшением
толщины стенки увеличиваются. Величина остаточной деформации, превышающей допуск
на заготовку в состоянии поставки, может слу-
мм
hм, мм
0,2
2
0,16
1
0,12
3
0,08
0,04
4
2
4
6
8
Pд, кН
Рис. 4. Экспериментальные зависимости остаточной деформации стенки трубы от приложенного усилия для
стали 20, НВ 1556 МПа при толщине стенки трубы:
1 – 1,5 мм; 2 – 2 мм; 3 – 2,5 мм; 4 – 3мм
жить критерием допустимых величин усилия
деформирования обрабатываемой детали.
Полученные результаты позволяют более
обоснованно назначать величину усилия деформирования при применении конических роликов представленного типоразмера в исследуемом диапазоне.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
10
Размер файла
1 820 Кб
Теги
ролик, образцова, детали, внедрения, pdf, цилиндрическом, деформация, исследование, усилий, конического, взаимосвязь
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа