Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование систем повышения эффективности обработки деталей дробью при условии снижения шума и вибрации на рабочем месте оператора. Учебное пособи
.pdf
41
ции (максимально накапливают энергию сталь и алюминий) и по мере
последовательной деформации наступает состояние энергетического
насыщения. Дальнейшие воздействия обрабатывающих тел при поверхностной пластической обработке может привести к разрушению структуры и наступлению эффекта шелушения поверхности (перенаклепу).
При решении технологических задач отделочно-упрочняющей обработки важное значение имеет аналитический расчет ожидаемого значения глубины упрочненного слоя (наклепа) и степени упрочнения
(наклепа). Глубина упрочненного слоя hн определяет толщину поверхностного слоя детали, в которой имеются остаточные деформации зерен и
дислокаций кристаллической решетки, образованные в результате приложения внешней нагрузки. Степень упрочнения ε характеризует приращение микротвердости поверхностного слоя детали в результате ударного воздействия относительно исходного состояния или сердцевины.
Аналитическое определение толщины упрочненного слоя и степени
упрочнения в зависимости от физико-механических свойств материала
детали и параметров процесса является очень сложной задачей. Существующие математические зависимости получены на основе теории
упругости или пластичности после принятия многочисленных упрощений и допущений:
Для определения глубины наклепанного слоя в зависимости от характеристик следа используют зависимость:
н
3
.
2
h kd
С учетом формулы (2.23), глубину упрочненного слоя можно определить по формуле:
н max max
3 ( ).h k h D h
(2.39)
Под степенью пластической деформации условно принимается
отношение диаметра остающейся от вдавливания лунки d к диаметру
вдавливаемой сферы D:
ε.
d
D
Используем эту зависимость для определения степени упрочнения
с учетом зависимости (2.16):
max max
2
ε ( )h D h
D
. (2.40)
42
Для анализа влияния размеров обрабатывающей среды, режимов
обработки и механических свойств обрабатываемого материала на глу-
бину упрочненного слоя hн и степень пластической деформации проведем расчеты по зависимостям (2.39) и (2.40) (табл. 2.5 – 2.8).
Таблица 2.5
Средняя глубина упрочненного слоя hн, мкм,
при дробеструйной обработке в зависимости
от давления пульпы Р
дин
(D = 1 мм, α = 90°)
Р
дин
, МПа
Сталь 40ХН2МА-Ш
σs = 930 МПа (после термообработки)
Сталь 45
σs = 350 МПа
Д16
σs = 260 МПа
0,3
0,29
0,37
0,40
0,4
0,31
0,40
0,43
0,5
0,33
0,42
0,45
0,6
0,35
0,44
0,48
Таблица 2.6
Средняя глубина упрочненного слоя hн, мкм,
при дробеструйной обработке в зависимости
от диаметра шариков D (Р
дин
= 0,5 МПа, α = 90°)
D, мм
Сталь 40ХН2МА-Ш
σs = 930 МПа (после термообработки)
Сталь 45
σs = 350 МПа
Д16
σs = 260 МПа
1,0
0,20
0,25
0,27
1,5
0,27
0,34
0,37
2,0
0,33
0,42
0,45
2,5
0,39
0,50
0,54
Таблица 2.7
Степень пластической деформации при дробеструйной
обработке в зависимости от давления пульпы Р
дин
(D = 1 мм, α = 90°)
Р
дин
, МПа
Сталь 40ХН2МА-Ш
σs = 930 МПа (после термообработки)
Сталь 45
σs = 350 МПа
Д16
σs = 260 МПа
0,3
9,7
12,4
13,4
0,4
10,4
13,3
14,3
0,5
11,0
14,1
15,2
0,6
11,6
14,7
15,9
43
Таблица 2.8
Степень пластической деформации , %, при дробеструйной
обработке в зависимости от количества шариков
Nш (Р
дин
= 0,5 МПа, D = 2 мм, α = 90°)
Nш, мм
Сталь 40ХН2МА-Ш
σs = 930 МПа (после термообработки)
Сталь 45
σs = 350 МПа
Д16
σs = 260 МПа
100
16,2
20,9
22,3
300
12,4
15,8
17,0
500
10,9
13,9
14,9
700
10,0
12,8
13,7
По результатам теоретических расчетов можно сделать следующие
выводы (см. табл. 2.5 – 2.8).
1. Глубина упрочненного слоя увеличивается при обработке более
мягкого материала, а также при увеличении динамического давления
пульпы (увеличении скорости движения частиц обрабатывающей среды).
2. При равных скоростях потока частиц обрабатывающей среды
увеличение их размеров приводит к росту глубины упрочненного слоя.
3. При уменьшении количества шариков в камере увеличивается
степень пластической деформации, вследствие роста скорости соударений.
4. Степень пластической деформации при дробеструйной обработ-
ке увеличивается при увеличении энергии воздействия частиц обрабатывающей среды (Р
дин
), а также при обработке более мягких мате-
риалов.
2.4.2. Определение времени обработки
Время упрочнения можно определить из условия равномерного покрытия поверхности детали определенным количеством отпечатков
дроби. При решении данной задачи предполагается, что интенсивность
соударения дроби на любом участке остается неизменной, удары на
единицу упрочняемой поверхности происходят с одинаковой удельной
плотностью, зависящей только от конструктивных и расходных характеристик оборудования, попадание ударов на заданный участок ΔS не
зависит от того, сколько их попало на другой, не перекрывающийся с
ним участок.
44
Дробеструйная обработка. Воспользуемся зависимостью:
2
c ш др
7,6 HD
sin α
LD
t
kG
,
где L − расстояние от среза сопла до детали, м; HD − динамическая
твердость, Па, HD ≈ 1,7 − 2,2 HB (в зависимости от состояния материала); kc – коэффициент сферического слепка; υш – средняя скорость
шариков при соударении с обрабатываемой поверхностью, м/с;
Gдр – массовый расход дроби, кг/с; α – средний угол атаки.
Или с учетом (2.10):
см
2
c др дин
ρ HD
5,4
.
sin α
L
LD
t
k K G P
(2.41)
Время упрочнения t участка поверхности ΔF площадью, равной
размеру пятна контакта потока дроби (шариков), в зависимости от давления пульпы и размеров рабочей среды при гидродробеструйной обработке, приведены в табл. 2.9 и 2.10.
Таблица 2.9
Время упрочнения t, с, участка поверхности
в зависимости от давления пульпы (D = 1 мм, α = 90°)
Р
дин
, МПа
Сталь 40ХН2МА-Ш
HD = 6400 МПа (после термообработки)
Сталь 45
HD = 2930 МПа
Д16
HD = 2350 МПа
0,3
25,2
17,0
15,3
0,4
18,9
12,8
11,4
0,5
15,1
10,2
9,2
0,6
12,6
8,5
7,6
Таблица 2.10
Время упрочнения t, с, участка поверхности
в зависимости от размеров рабочей среды (Р
дин
= 0,5 МПа, α = 90°)
D, мм
Сталь 40ХН2МА-Ш
HD = 6400 МПа (после термообработки)
Сталь 45
HD = 2930 МПа
Д16
HD = 2350 МПа
0,5
7,6
5,1
4,6
1,0
15,1
10,2
9,2
1,5
22,7
15,3
13,7
2,0
30,2
20,4
18,3
45
Из табл. 2.9 и 2.10 видно, что при увеличении давления пульпы
время обработки снижается, а при увеличении диаметра шариков требуется больше времени для обработки, что объясняется уменьшением
количества шариков в пульпе при неизменной концентрации.
При движении заготовки относительно сопла с равномерной подачей Sп время воздействия потока шариков будет определяться соотношением:
t=Bп/Sп,
где Bп – размер пятна обработки в направлении подачи, м.
Тогда, с учетом (2.10), подача при упрочнении деталей может быть
определена по формуле:
2
п c др
дин
п
см
sin α
0,185 .
ρ HD
L
B K k G
P
SLD
(2.42)
При рассчитанной по формуле (2.42) подаче Sп время обработки
детали определяется длиной упрочняемого участка поверхности l
обр
в
направлении подачи и числом проходов iпр:
обр п
д
п
.
li
tS
Пневмодинамическая обработка в устройствах хаотического типа.
Задача определения времени обработки в устройстве хаотического типа
сводится к определению времени воздействия потока шариков на любом участке обрабатываемой поверхности при известной удельной
плотности потока
п
q
, которая характеризуется количеством дроби, вза-
имодействующей в единицу времени t на единице обрабатываемой поверхности
S
. В этом случае необходимо определить время однократ-
ного покрытия отпечатками каждого элементарного участка поверхности обрабатываемой детали.
Вероятность обработки m ударами некоторого участка можно выразить законом Пуассона:
у
у
( ) e ,
!
m
n
n
Pm
m
где
у
n qt F
– параметр Пуассона, характеризующий математическое
ожидание числа ударов на участке
F
.
46
Вероятность однократного покрытия участка
F
одним отпечат-
ком составит:
у
у
1e
nP
. (2.43)
Как видно из уравнения (2.43), практически 100 %-я вероятность
данного события обеспечивается при значении параметра Пуассона nу = 6.
При каждом ударе на поверхности остается пластический отпечаток площадью
2
/4d
. Для полного покрытия поверхности отпечатками
число ударов по любому участку должно быть равно шести. Приняв за
единицу обрабатываемой поверхности
F
площадь единичного отпе-
чатка, запишем:
у
2
4
.
π
n
t
dq
(2.44)
Предполагая равновероятностный закон движения шариков в различных направлениях внутри замкнутого объема, для удельной плотности потока шариков запишем:
шш
п
к
.
6
z
N
q
V
(2.45)
Подставляя выражение (2.45) в (2.44) и учитывая, что nу = 6, а для
получения упрочненного слоя необходимо не менее 8 ударов в каждую
точку, определяем время однократного покрытия обрабатываемой поверхности пластическими отпечатками:
к
2
шш
368zV
t
Nd
.
Выразив диаметр отпечатка d через диаметр шарика D и максимальную глубину внедрения h
max
, окончательно можно записать:
к
ш ш max max
92
.
()
z
V
t
N h D h
(2.46)
При
max
шш
NN
время обработки определяется по зависимости
(2.46). В случае, если в камеру загружено
max
шш
NN
, то время обработки
рассчитывается с учетом коэффициента избыточности шариков
max
изб ш ш
/K N N
:
к изб
ш ш max max
92
.
()
zи
VK
t
N h D h
47
Очистка деталей. Технологический процесс ОД осуществляется с
использованием оборудования различного конструктивного исполнения.
На этом же оборудовании производится операция очистки поверхностей от окалины и литейной корки. Это особенно опасно при очистке
больших деталей, когда рабочая зона оператора находится внутри
камеры.
В результате возникает необходимость дополнительно решать
очень важную техническую и социально-экономическую задачу защиты операторов дробеструйных камер от вредного воздействия образующейся в процессе обработки пыли. Концентрация пыли в процессе
обработки обычно превышает ПДК. Существующие вентиляционные
системы, как правило, не обеспечивают требуемое снижение концентрации пыли в воздухе рабочей зоны.
Таким образом, современные требования к охране труда и экологической безопасности резко ограничивают возможности использования
дробеструйного метода. Поэтому задача исследования процесса пылеобразования в рабочей зоне операторов и разработка мероприятий по
обеспечению требуемых условий труда является актуальной.
48
3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМЫ БОРЬБЫ
С ЗАГРЯЗНЯЮЩИМИ ВЕЩЕСТВАМИ
ПРИ ОБРАБОТКЕ ДЕТАЛЕЙ ДРОБЬЮ
3.1. Физическая сущность процесса снижения
загрязнения воздушной среды
Анализ современного состояния проблемы снижения загрязнения
воздушной среды позволяет заключить, что снижение концентрации загрязняющих веществ в воздухе рабочих зон дробеструйных камер может быть обеспечено реализацией двух основных направлений.
1. Снижение загрязнения исходного сырья (дроби) или технологи-
ческого оборудования (дробеструйной камеры) путем разработки нового производственно-технологического оборудования, совершенствования существующего и организации технологических процессов, исключающих образование загрязняющих веществ (пыли горелой формовочной смеси и окалины).
2. Снижение загрязнения воздуха дополнительной реализацией на
действующем или проектируемом производственно-технологическом
оборудовании специальных инженерно-технических мероприятий (систем), обеспечивающих разрушение загрязняющих веществ как дисперсных систем и локализующих процессы распространения.
Сущность процесса снижения загрязнения воздуха может быть вы-
ражена следующей зависимостью:
с.з с.з.т с.з.в
1 1 1 ,PPР
где Р
с.з
− вероятность реализации процесса снижения загрязнения;
Р
с.з.т
− вероятность реализации процесса снижения загрязнения техно-
логического оборудования; Р
с.з.в
− вероятность реализации процесса
снижения загрязнения воздушной среды в процессе обработки.
Реализация процесса снижения загрязнения технологического оборудования (первое направление) связана с внесением изменений в технологический процесс обработки отливок дробью, что либо недопустимо по эксплуатационно-технологическим требованиям, либо требует
значительных затрат на переоснащение и модернизацию оборудования.
Поэтому разработку системы снижения загрязнения воздуха необходимо начинать с реализации процесса снижения загрязнения воздушной среды (второе направление).
49
Реализация мероприятий второго направления предполагает последовательную организацию трех основных этапов:
улавливание загрязняющих веществ;
очистку воздуха от загрязняющих веществ;
рассеивание остаточного количества загрязняющих веществ в
воздушной среде.
Основной целью реализации указанных мероприятий является разрушение пылевого аэрозоля как дисперсной системы. Блок-схема физической модели процесса снижения загрязнения воздушной среды для
дробеструйной камеры, иллюстрирующая взаимосвязь основных этапов, представлена на рис. 3.1.
Рис. 3.1. Блок-схема физической модели процесса снижения загрязнения
воздушной среды дробеструйной камеры
улавливание
очистка
рассеивание
50
Первый этап – улавливание загрязняющих веществ с позиций теории дисперсных систем. Сводится к созданию «дополнительной-II.l»
дисперсной системы с такими свойствами (ПС
д-II.1
), которые позволили
бы локализовать пылевой аэрозоль в зоне источника его выделения
(внутри дробеструйной камеры), максимально сконцентрировать пылевые частицы (дисперсную фазу аэрозоля) и отправить их на очистку.
При этом «остаточная-II.1» дисперсная система остается в воздухе рабочей зоны и представляет санитарно-гигиеническую опасность. «Промежуточная-II.1» дисперсная система имеет максимально сконцентрированную дисперсную фазу, изолированную от окружающей среды и
предназначенную для транспортировки в зону ее разрушения – на
очистку. В результате такого воздействия достигается основная цель
этапа улавливания – снижение концентрации загрязняющих веществ в
воздухе рабочей зоны до значения ПДК.
Второй этап – очистка воздуха от загрязняющих веществ. Предпо-
лагает предварительное создание «дополнительной-II.2» дисперсной
системы с такими свойствами (ПС
д-II.2
), которые обеспечивали бы мак-
симально возможное разрушение «промежуточной-II.1» дисперсной системы за счет разделения ее дисперсной фазы и дисперсионной среды.
В результате такого воздействия образуются две дисперсные системы:
«остаточная-II.2» и «промежуточная-II.2». При этом «остаточная-II.2»
представляет собой выделенную из аэрозоля дисперсную фазу, которая
должна направляться в систему утилизации. «Промежуточная-II.2»
дисперсная система представляет собой загрязняющие вещества, беспрепятственно прошедшие зону очистки, поступающие в воздушную
среду через внешний источник выделения (выхлопную трубу вентиляционной системы).
Третий этап – рассеивание загрязняющих веществ. Заключается в
приготовлении «дополнительной-II.3» дисперсной системы с такими
свойствами (ПС
д-II.3
), которые смогли бы обеспечить интенсивное уда-
ление друг от друга частиц загрязняющего вещества, выбрасываемых в
воздушную среду. В результате такого воздействия образуются две
дисперсные системы: «остаточная-II.3» и «остаточная-II.4». При этом
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]