Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование оборудования для технологического процесса виброударного упрочнения. Учебное пособие
.pdf
В соответствии с технологической инструкцией упрочняющая
обработка изделия производится в 4 перехода по схеме, приведенной на рис. 3.4. В целях экономии машинного времени и упрощения анализа получаемых результатов моделирование производили
для 8 вспомогательных схем, отвечающих поведению среды в одной из 8 полостей.
Рис. 3.4. Схема обработки лонжерона (в порядке следования 1, 2, 3, 4).
Буквами обозначены поверхности, подвергающиеся воздействию рабочей среды
Рис. 3.5. Формирование контура лонжерона
из кусков лекальных кривых
51
Пользуясь размерами вибрационного контейнера и обрабаты-
1
( ) ( , )
L
N t t dl
L
r
ваемого изделия, приведенными на чертежах, данными по весу и
диаметру загружаемых шариков, смоделировали все 8 приведенных
схем. Пример одной из таких моделей иллюстрирует рис. 3.5. Контур лонжерона построен из кусков парабол, эллипсов и кривых Безье. Изменением сечения лонжерона по длине пренебрегали. Закон
движения контейнера с деталью отвечал режимам работы реального технологического оборудования: амплитуда вертикальных колебаний 6 мм, частота 15 Гц. Имитационное моделирование программным комплексом GranMoS производилось с шагом по времени 5-10 мкс до достижения реального времени 1 с, т.е. полных
15 периодов колебаний. Характер движения среды в моделируемой
системе иллюстрируется рис. 3.6, где объединены кинограммы
движения во всех технологических полостях.
Результатом моделирования явилась фазовая траектория системы, которая обрабатывалась программой – браузером, входящей
в систему программного комплекса. Обработка фазовой траектории
производилась после установления стабильного характера движения среды, после 4-5 периодов колебаний контейнера (рис. 3.7).
Вычисляемым энергетическим параметром была удельная
мощность, вводимая средой в границу, т.е. мощность, приложенная
к 1 м2 площади поверхности стенки. Для определения средней
удельной мощности на поверхности стенки ее мгновенное распределение численно интегрировали по всей длине куска стенки:
. (3.49)
Например, «мгновенная» удельная мощность на участке А
схемы 3 после сглаживания представлена на рис. 3.8. Из рисунка
хорошо видно, что удельная мощность нормальных сил на два порядка превосходит мощность касательных сил, поэтому последней
пренебрегали.
52
Рис. 3.6. Характер движения шариковой среды в рабочих полостях
технологической системы за 1 период колебаний
53
Рис. 3.7. Изменение во времени координат и скоростей контейнера
Зависимости средней по участку поверхности удельной мощности после интегрирования согласно (3.49) получали усреднением
по пяти периодам колебаний, чтобы исключить случайные погрешности.
Рис. 3.8. Распределение удельной мгновенной мощности по внутренней поверхности
лонжерона (участок А, схема 3 (рис. 3.4)) в момент 1 (рис. 3.7)
Разброс значений мгновенной мощности в моменты времени,
отстоящие на целое число периодов, варьировал от 3 до 10%, поэтому зависимости типа представленной на рис. 3.9 очень хорошо
воспроизводят свой периодический характер. Распределения
удельных мощностей были построены для поверхностей, подвергающихся воздействию среды стальных шариков. По этим распределениям были вычислены средние за период удельные мощности,
а умножение последних на площади соответствующих поверхно-
54
стей дало полные мощности, характеризующие акустическую активность обрабатывающей среды. Результаты расчетов по всем
схемам приведены на рис. 3.9, а суммарные значения мощностей –
в табл. 3.2.
а)
б)
Рис. 3.9. Изменения по поверхностям стенок схемы 1 (а) удельной (б) мощности
в Вт за 1 период колебаний. Горизонтальная жирная
прямая показывает среднюю мощность за период
55
Таблица 3.2
Схема
Поверхность
Площадь,
м
2
Мощность воздействия среды
Средняя
удельная
Вт/м
2
Средняя
полная,
кВт
№1
A(внутр.лонж)
1,6
740
1,18
B(наруж.лонж)
1,58
610
0,96
C(контейнер)
1,06
111
0,12
D(контейнер)
1,06
68
0,072
№2
A(внутр.лонж)
2,1
465
0,98
B(наруж.лонж)
0,8
1260
1
C(контейнер)
1,06
1220
1,29
D(контейнер)
1,06
1180
1,25
№3
A(внутр.лонж)
1,65
740
1,22
B(наруж.лонж)
1,57
1000
1,570
C(контейнер)
1,06
133
0,14
D(контейнер)
1,06
108
0,11
№4
A(внутр.лонж)
1,4
510
0,71
B(наруж.лонж)
0,62
1350
0,840
C(контейнер)
1,06
980
1,04
D(контейнер)
1,06
1030
1,09
Средние мощности воздействия технологической рабочей
среды на стенки контейнера
и обрабатываемого лонжерона (рис. 3.4)
Зависимости мгновенной удельной мощности от времени показывают, что взаимодействие среды со стенками детали и контейнера носит импульсный характер, продолжаясь около половины периода колебаний. Такой характер изменения мощности должен
приводить к генерации широкополосного спектра шума.
На основании теоретических исследований разработана инженерная методика расчета шума и вибрации подобного оборудования [8]. Алгоритмы расчета приведены в прил. 1.
56
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА ШУМА ВИБРАЦИИ В ПРОЦЕССЕ
ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ ТРУБ ЛОНЖЕРОНОВ
4.1. Методика проведения экспериментальных исследований
Методика исследований шероховатости
обработанной поверхности
Обработка образцов осуществлялась на однокоординатном
вибростенде ВСУЛ-1А.
В качестве образцов использовались как технологические
лонжероны, из которых в дальнейшем вырезались для измерения
шероховатости куски размером 100х40 мм, так и специальные образцы, закрепляемые на технологическом лонжероне, изготовленные из того же алюминиевого сплава АВТ-1.
В качестве рабочей среды использовалась смесь стальных полированных шариков диаметром 4-6 мм.
Образцы обрабатывались при различных значениях частоты и
амплитуды колебаний.
Профилограммы поверхностей снимали на профилометрепрофилографе модели 201 завода "Калибр", дискретизировали и
подвергали компьютерной обработке. В память ЭВМ вводились
сведения о вертикальном и горизонтальном увеличении профилограммы, а также ординаты точек профилограммы с шагом 1 мм.
Компьютерная обработка позволяет получить следующие
данные о параметрах шероховатости обработанной поверхности
среднее арифметическое отклонение профиля – Ra
среднеквадратическое отклонение профиля – Rq
расстояние от средней линии до линии выступов и впадин r1
и r2 соответственно
наибольшую высоту профиля – R
средний угол наклона сторон неровностей профиля
средний шаг неровностей профиля Sm.
57
max
Кроме того, программа позволяет осуществить построение
функции распределения и расчет значений относительной опорной
длины профиля tp на 25 уровнях сечения профиля, расчет значений
нормированной корреляционной функции с шагом 1 мм (по профилограмме).
Для анализа экспериментальных данных использовались статистические методы обработки результатов наблюдений, так как
любое значение исследуемого параметра, вычисленное на основании ограниченного числа опытов, всегда содержит элемент случайности. В качестве оценки математического ожидания случайной величины (исследуемого параметра) использовалось среднее арифметическое наблюдаемых значений. Затем оценивалась статистическая дисперсия случайной величины, на основании которой в предположении нормальности распределения результатов наблюдений
строился доверительный интервал.
Методика исследований остаточных напряжений
Образцы для исследования остаточных напряжений вырезались по специальной методике из обработанного технологического
лонжерона. Размеры 80х10х2 мм (рис. 4.1). Время обработки –
10 мин.
Рис. 4.1. Образцы для исследования внутренних напряжений,
подготовленные для исследований
58
Определение остаточных напряжений осуществлялось на автоматизированном стенде контроля остаточных напряжений
АСКОН-3-КАИ (в дальнейшем АСКОН) производства Казанского
авиационного института имени А.Н.Туполева (рис. 4.2).
Рис. 4.2. Прибор для исследования
внутренних напряжений АСКОН-3-КАИ
АСКОН предназначен для контроля технологических остаточных напряжений (ОН) в образцах, вырезаемых из деталей после
различных видов обработки. АСКОН относится к средствам определения ОН механическим методом, основной принцип которого
59
заключается в том, что последовательное удаление поверхностных
слоев с ОН эквивалентно приложению на вновь образованных поверхностях оставшейся части образца напряжений обратного знака.
ОН по мере удаления поверхностных слоев образца определяется
по известной совокупности деформаций его оставшейся части.
При определении ОН удаление напряженных слоев производилось электрохимическим методом.
АСКОН состоит из трех блоков
электрохимического травления (БЭХТ)
расчета и печати (БРП)
измерения деформации (БИД).
БЭХТ обеспечивает удаление электрохимическим или химическим методом поверхностных слоев образца с ОН, он включает в
себя
ванну с электролитом и погруженным в него рабочим элек-
тродом (образец), вспомогательным электродом (катодом) и электролитическим ключом с электродом сравнения
источник питания
измерительный усилитель с самописцем для измерения и
графической записи анодного потенциала
блок развертки тока, позволяющий построить поляризаци-
онную кривую в гальванодинамическом режиме.
БИД предназначен для измерения деформации образца в процессе электрохимического или химического травления. В его состав
входит электронная система Микрон-0,2 с двумя индуктивными
преобразователями, самописец А550-001 и блок управления самописцем.
Якорь преобразователя для измерения деформации плоских
образцов соединен со штоком. На конце штока установлен наконечник с постоянным магнитом, который обеспечивает надежный
контакт с образцом, не создавая силовое воздействие на образец.
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]