Термомеханический анализ реологических свойств рабочих сред для абразивно-экструзионной обработки

Наибольшую интенсивность разрушения поверхности трения производят абразивные частицы, имеющие малый радиус кривизны (остроугольные частицы) размерами от 0,2 до 2,0 мм. Обусловлено это, прежде всего тем, что они имеют малую площадь соприкосновения с деталью, а поэтому в зоне контакта развиваются большие контактные давления.

Обобщая изложенное, следует отметить, что реализация какого-либо определенного вида разрушения поверхности возможно в случае однородности процесса абразивного изнашивания, характеризующегося стабильностью размеров и формы частиц абразива. Создать такие условия работы пары трения в реальных условиях практически не представляется возможным. При контакте рабочих органов землеройных машин с грунтом их изнашивание происходит в нестабильном режиме, поскольку все основные параметры, определяющие вид изнашивания не являются постоянными. В условиях нестабильного режима изнашивания поверхности рабочих органов находятся в сложно-напряженном состоянии. Уровень контактных напряжений носит переменно-циклический характер. Переменные напряжения по всей рабочей поверхности рабочего органа вызывают усталость материала, что снижает его сопротивляемость разрушению абразивными частицами.

Лабораторные испытания на изнашивание должны воспроизводить реальные условия работы детали. Это может быть достигнуто двумя способами: при точном воспроизведении всех внешних факторов, характеризующих работу данной детали, и при моделировании процессов изнашивания. В первом случае не требуется знаний процессов разрушения и разупрочнения поверхностного слоя детали, поскольку они формируются под действием точно воспроизведенных внешних факторов. Во втором случае внешние факторы не воспроизводятся, а создается физическая модель, обеспечивающая протекание заданного процесса изнашивания. Моделирование абразивного изнашивания на малогабаритных образцах позволяет резко сократить продолжительность эксперимента по сравнению с натурными испытаниями и при минимальных затратах времени достаточно успешно прогнозировать долговечность деталей, подвергающихся в процессе работы изнашиванию. В лабораторных условиях экономически эффективно можно провести изучение триботех-нической цепочки: выявление оптимального для конкретных условий работы состава материала детали, отработка технологии и конструктивного решения, разработка практических рекомендаций по применению материала в условиях эксплуатации.

© Марьясов А. Н., 2014

УДК 621.923.9

Д. И. Савин, В. В. Макеев, Л. П. Сысоева Научный руководитель - А. С. Сысоев Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАБОЧИХ СРЕД ДЛЯ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ

Рассмотрены параметры, влияющие на эффективность абразивно-экструзионной обработки (АЭО). Выявлена необходимость определения температурной зависимости реологических характеристик рабочей среды (РС). Исследовано влияние температуры РС на изменение ее свойств и параметры обработки.

Эффективность абразивно-экструзионной обработки (АЭО) определяется геометрическими характеристиками обрабатываемой детали, ее материалом, режимами обработки и реологическими свойствами рабочей среды (РС).

При АЭО вязкоупругая полимерная РС, наполненная абразивными зернами, экструдируется под давлением вдоль обрабатываемой поверхности. Как и при любой абразивной обработке в зоне резания наблюдается значительное повышение температуры. При этом отвод тепла затруднен вследствие особенностей конструкции оборудования для АЭО [1], что приводит к значительному повышению температуры среды.

Исследование влияния температуры на давление в приспособлении выполнено на установке УЭШ-25 с накопление тепла в системе при обработке образцов, изготовленных из стали 12Х18Н10Т. При этом регистрировалась температура и давление в приспособлении (рис. 1).

В результате исследования установлены зависимости давления Р (МПа) в приспособлении от темпера-

туры / (оС) РС (рис. 2) и температуры РС от времени обработки Т (мин) (рис. 3).

Анализ графиков показывает, что накопление с увеличением времени обработки теплоты в изолированной системе ведет к снижению давления РС в зоне обработки, что уменьшает силу прижатия абразивных зерен к обрабатываемой поверхности и ведет к снижению эффективности резания. Уменьшение давления в приспособлении связано с изменением реологических свойств РС - уменьшением ее упругости и увеличением пластичности (снижением вязкости).

Повышение температуры СР свыше 40 оС приводит к снижению давления до 1 МПа (рис. 2), соответствующему переходу от активного резания с отделением стружки к пластическому оттеснению металла абразивными зернами с образованием навалов по краям царапины (рис. 4). А при температуре свыше 80 оС прекращается и пластическое оттеснение металла, а взаимодействие РС с обрабатываемой поверхностью переходит во внешнее трение.

Секция «Технологияпроизводства ракетно-космической техники»

Рис. 1. Приспособление для АЭО на лабораторной установке УЭШ-25:

1, 6 - верхний и нижний цилиндры установки УЭШ-25; 2 - образец; 3 - корпус приспособления; 4 - термометр сопротивления; 5 - вкладыш; 7 - датчики давления ДДИ-20

1.5

1.2

0.9

0.6

♦

\

\

ч.

\

\

1

20 30 40 50 60 70 80

Рис. 2. Зависимость давления в приспособлении р от температуры РС /РС: р = 1,315 + 0,033 грс - 0,0013 грс2 + 9,3540-6 грс

12 24 36 48

Рис. 3. Зависимость давления в приспособлении р от времени обработки т:

Рис. 4. Зависимость величины съёма металла за цикл Оц

1,32

от давления в зоне обработки Р: Gц = 2,37 --

р

р = 1,45 - 0,035 т + 3 • 10-4 т 2

Следовательно, наиболее благоприятным является исследования, практика : моногр. ; Сиб. гос. аэрокос-тепловой режим РС ниже 40 оС. мич. ун-т. Красноярск, 2005. 220 с.

Библиографическая ссылка © Савин Д. И., Макеев В. В.,

1. Сысоев С. К., Сысоев А. С. Экструзионное хо- Сысоева Л. П., 2014

нингование деталей летательных аппаратов: теория,

УДК 621.923.9

А. Е. Саклакова, Д. И. Колобовникова Научный руководитель - Л. П. Сысоева Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ РАБОЧИХ СРЕД ДЛЯ АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ

Рассмотрены особенности инструмента для абразивно-экструзионной обработки (АЭО). Обоснована необходимость определения свойств рабочей среды (РС), влияющих на характер ее течения. Исследовано влияние состава РС на ее вязкоупругие свойства.

Особенности процесса абразивно-экструзионной обработки (АЭО), помимо прочего, определяются особенностями применяемого инструмента - вязко-упругой рабочей среды (РС). РС для АЭО представляет собой многокомпонентную смесь - наполненный абразивом и иными компонентами (пластификаторами и модификаторами) высокомолекулярный полимер. Характер течения РС при ее экструзии под давлением (4... 12 МПа) вдоль обрабатываемой поверхности определяется технологическими режимами обработки (давлением в системе) и вязкоупругими свойствами самой РС, определяемыми ее составом (наличием и концентрацией компонентов) [1]. Исследование вязких свойств РС исключительно важно для определения характеристик среды, обеспечивающих сдвиговое течение при заданных условиях (геометрических характеристиках обрабатываемой поверхности, режимах обработки и т. д.).

Вязкие свойства РС можно описать как динамической вязкостью (эффективной вязкостью) (Пас), характеризующей параметры течения под действием приложенного напряжения, так и кинематической вязкостью (м2/с), характеризующей течение под действием силы тяжести. Определение вязкости по истечению РС через капиллярный вискозиметр в нашем случае затруднено, так как плотность среды, адгезионные явления и трение в зоне контакта по длине капилляра препятствуют ее течению только под действием силы тяжести без приложения дополнительного усилия. В связи с этим зависимость кинематической вязкости РС от ее состава определялась по площади растекания образца.

Основа образцов РС приготовлена на основе каучука синтетического термостойкого диметилсилокса-нового СКТ в двух вариантах: с добавлением различных модификаторов в концентрации 10 % по массе. В качестве абразива использован электрокорунд белый

марки 12Н (25А) зернистостью Б100 с варьированием концентрации 40-50-60 % по массе.

Полученные данные (рис. 1) показывают, что скорость растекания вначале неоднородна вследствие первоначальной структуризации макромолекул каучука после приложенного напряжения при формировании образцов. Через 30 мин скорость растекания выравнивается и уменьшается до нуля при достижении предела, когда процесс прекращается и «капля» сохраняет свой размер постоянным либо вследствие поверхностного натяжения, либо за счет межмолекулярного взаимодействия. При этом хорошо заметно влияние концентрации на величину предельной площади растекания.

Проведенные наблюдения позволили определить зависимость кинематической вязкости цк от концентрации абразива для различных составов РС (табл. 1).

Значения кинематической вязкости для различных составов РС

Модификатор Ка, % масс. Д5Е, м210-3 Пк, м2/с10-6

Основа № 1 40 0,746 0,207

50 0,635 0,176

60 0,517 0,144

Основа № 2 40 1,340 0,372

50 0,787 0,219

60 0,687 0,191

Упругие свойства РС оценивались по эластичности образцов. по формуле R = h/Я, где R - эластичность образца, %; h - высота отскока шарика, мм; Н -высота подъема шарика в исходной позиции, мм. Высота отскока шарика позволяет оценить упругий ответ РС на кратковременно (мгновенно) приложенное напряжение.