Влияние размера термоэлектрода на стабильность работы и величину термоЭДС перерезаемой полуискусственной термопары при шлифовании

УДК 621.923.4

А. Ш. ХУСАИНОВ, С. 3. ШИРГИН

ВЛИЯНИЕ РАЗМЕРА ТЕРМОЭЛЕКТРОДА НА СТАБИЛЬНОСТЬ РАБОТЫ И ВЕЛИЧИНУ ТЕРМОЭДС ПЕРЕРЕЗАЕМОЙ ПОЛУИСКУССТВЕННОЙ ТЕРМОПАРЫ ПРИ ШЛИФОВАНИИ

Экспериментально исследовано влияние толщины и ширины термоэлектрода, а также толщины изолятора на термоЭДС термопары и стабильность её работы. Установлено, например, что отклик термопары на тепловой импульс может изменяться на (10 -300) % в зависимости от толщины электрода. Столь же значимы зависимости термоЭДС и стабильность её работы от ширины электрода и толщины изолятора. Обоснованы требуемые размеры электрода и изолятора для решения различных исследовательских задач.

v

Шлифование заготовок - наиболее ответственный и, вместе с тем, чрезвычайно теплонапряжённый этап технологического процесса изготовления деталей. Оценить уровень температур в поверхностном слое заготовки, от которого зависит качество детали, позволяют полуискусственные перерезаемые термопары. Несмотря на то, что эти термопары получили широкое распространение в исследованиях тепловых процессов при шлифовании заготовок, сравнить результаты измерения температур в исследованиях разных авторов часто не представляется возможным, что связано с различной техникой эксперимента. Кроме того, одна и та же термопара может по-разному работать при различных условиях (например, режимах шлифования): в одном случае сигнал будет устойчивым, а в другом может таковым не быть (низкая стабильность показаний). Между тем анализом научной и патентной информа-ции выявлены лишь отрывочные сведения о методике изготовления термопар [1 - 3 и др.]. В связи с этим возникла необходимость исследования влияния размеров термоэлектрода и его изолятора на термоЭДС термопары и стабильность её работы, а также выявления области наиболее эффективного применения термопар различных размеров.

Экспериментальные исследования эффективности работы термопар проводили на плоскошлифовальном станке ЗЕ711ВФ2. Окружная скорость шлифовального круга 1 - 220x40x76 24А40НСМ17К5 составляла 28 м/с. Разрезную заготовку размерами 20x20x40 мм из стали 40Х, HRC 41 ...44 шлифо-

V л

вали вдоль длинной стороны (рис. 1). Охлаждение - полив 0,5 % -ным содо-вым раствором с расходом 6 дм /мин. Варьировали скоростью заготовки Vj = (5 - 15) м/мин, вертикальной (врезной) подачей St = (0,005 - 0,02) мм/ход

Рис. 1. Схема закладки термоэлсктродоз в заготовку при плоском шлифовании: 1,3- разрезная заготовка; 2 - тиски специальные; 4 - болт; 5 - слюда; 6 - термоэлектрод; Л - паз для базирования заготовки 1 «в угол»; Б - паз для вывода удлинительных и экранирующих проводов термоэлектродов; а, с1, Ь - соответственно толщина электрода и слюды, шипи на электоола

Б-Б

и

Рис. 2. Зависимость максимальной термоЭДС U полуискусственной закладной перерезаемой термопары от толщины термоэлектрода а при плоском маятниковом шлифовании: 1, 2, 3 -скорость заготовки V3 соответственно 15, 10, 5 м/мин. Ширина электрода 0,5 мм; изолятор - слюда толщиной 0,05 мм; St = 0,015 мм/ход

толщиной электрода а = (0,2 - 0,5) мм и слюды d = (0,01 - 0,05) мм, шириной электрода b = (0,2 - 1) мм.

Отклики термопар регистрировали с помощью оригинального аналого-цифрового преобразователя на персональном компьютере [4]. Устройство позволяет контролировать целостность спая термопары: после каждого измерения, проводимого с частотой 2500 Гц, осуществляется «прозванивание» термопары, и в случае обрыва вместо результата квантования выдается соответствующий код. Программа просмотра, входящая в комплект программного обеспечения устройства, позволяет оперативно контролировать сигнал по осем активированным каналам (не более восьми), что даёт возможность визуально контролировать стабильность Е, процент работы термопары. При этом li вычисляли как частное от деления числа зарегистрированных максимальных пиков термоЭДС термопары на количество рабочих ходов заготовки. (Статистическую обработку результатов эксперимента осуществляли с помо-щыо пакета программ Microsoft  Excel - 97.

со s

г\

О

fee

о

о 2 Он

35 30 25 20 15 10 5 0

Толщина электрода a, i

Установлено, что толщина электрода оказывает существенное влияние на максимальную термоЭДС термопары (рис. 2). Так,при скорости заготовки 15 м/мин увеличение толщины электрода с 0,2 до 0,5 мм приводит к снижению и на 15 %, а при У3 = 5 м/мин - на 62 %. Однако при этом стабильность работы термопары,наоборот,возрастает с (40 - 85) % до 100 %. На наш взгляд, взаимозависимость указанных* параметров объясняется следующим. Спай термоэлектрод - заготовка осуществляется не по всей ширине электрода, а лишь отдельными мостиками через изолятор в местах, где в данный момент времени осуществляется диспергирование металла. При этом мостики, образованные чуть ранее (а следовательно, остывающие), но ещё не разрушенные соседними и последующими абразивными зёрнами (а.з.), шунтируют термоЭДС от образующегося (горячего) в данный момент мостика. Таким образом, падение напряжения в спае зависит от соотношения суммарной ширины «горячих» мостиков к суммарной ширине «остывающих». С увеличением толщины электрода растёт масса цельного сегмента сливной стружки (сливная стружка разделяется по диэлектрическим прокладкам), что увеличивает вероятность образования мостика спая. При уменьшении скорости заготовки снижается глубина диспергирования (масса стружки) отдельным а.з., что снижает вероятность образования мостика. Аналогичен генезис взаимосвязи глубины шлифования (врезной подачи) и вероятности образования мостиков. Приведённые рассуждения объясняют и взаимно обратный характер зависимостей и и Е от толщины электрода, скорости заготовки, врезной подачи: чем больше вероятность образования мостиков, тем больше их образуется, тем больше стабильность работы термопары и тем меньше влияние максимальных термоЭДС «горячих» мостиков в общей массе «остывающих». Последнее обстоятельство приближает зарегистрированную температуру к средним контактным значениям и отдаляет от максимальных (мгновенных).

Влияние толщины изолятора (слюды) с! на максимальную термоЭДС термопары имеет явно выраженный экстремум при с! = 0,025 мм (рис. 3). Стабильность же работы термопары максимальна при минимальной толщине слюды по вполне понятным причинам: чем меньше с1, тем больше верояч ность образования мостиков спая. Однако из-за большого числа «остываю щих» мостиков при минимальной толщине слюды максимальная термоЭДС термопары невелика. С увеличением толщины слюды больше 0,025 мм тор моЭДС либо постоянна (при больших подачах), либо несколько снижается (при малых 50. Кроме уменьшения числа мостиков, увеличивается их длима и, вследствие вытяжки металла, несколько снижается их ширина; это обстой тельство, в свою очередь, способствует снижению максимальной термоЭД< К тому же уменьшается соотношение а/с1, которое, на наш взгляд, являете м одним из важнейших параметров полуискусственной термопары.

Рис. 3. Зависимость термоЭДС U от толщины слюды d при шлифовании: 1, 2, 3, 4 - врезная подача St соответственно 0,005; 0,01; 0,015 и 0,02 мм/ход. Условия эксперимента: скорость заготовки V3=15 м/мин; толщина электрода а = 0,2 мм; ширина b = 0,5 мм. Остальные условия см. в подписи к рис. 2

Накопленный опыт работы с термопарами показывает, что это соотношение должно быть не менее a/d «(8 - 10).

Таким образом, проведённые исследования позволяют сделать вывод, что для стабильной работы термопары необходимо применять слюду толщиной не менее 0,025 мм. При этом толщина электрода не должна быть менее 0,2 мм, а его ширина - не более (0,4 - 0,6) мм. Такая термопара будет стабильно регистрировать средние температуры в контакте. В том случае, если задачей исследования является измерение максимальной контактной температуры в зоне шлифования, то необходимо минимизировать размеры электрода и слюды (например, d = (0,005 - 0,008) мм, а = (0,04 - 0,06) мм, Ь = (0,04 - 0,06) мм).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

]. Редько С. Г. Процессы теплообразования при шлифовании металлов. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1962. 231 с.

2. Татаренко В. В., Сало Г. Д., Борисов Б. Я. Микротермопары для исследования температурных полей в зоне шлифования // Вестник машино-

< •

строения. 1969. № 1. С. 50-51.

3. Ящерицын П. И., Цокур А. К., Ерёменко М. JI. Тепловые явления при

V * • %

шлифовании и свойства обработанных поверхностей. Минск: Наука и техника, 1973. 184 с.

4. Худобин Л. В., Хусаинов А. Ш. Новая техника проведения теплофи-шческого эксперимента при шлифовании заготовок // Вестник УлГТУ. Серия «Машиностроение». 2000. № 4. С. 54 - 58.

Толщина слюды d, мм

Хусаипов Альберт Шамилевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Автомобили,» Ул1ТУ} окончил Ульяновский политехнический институт. Ведёт исследования технологии абразивной обработки тонкостенных и клиновидных заготовок.

Ширгин Сергей Захаровичу студент 6 курса машиностроительного факультета Ул/ТУ.

УДК 621.785.5: 621.99.992

4

С.К. ФЁДОРОВ, Л.В. ФЁДОРОВА

ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩАЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ

ОБРАБОТКА РЕЗЬБОВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

\ ,

V»

*

Рассмотрен одни из способов отделочпо-упрочняющей обработки резьбовых поверхпо-стей, позволяющий получить наиболее качественный износостойкий поверхностный слой резьбы с сохранением вязких свойств сердцевины.

Основными направлениями повышения качества резьбовых соединений являются: конструктивное совершенствование профиля и геометрических параметров резьбы; технологическое обеспечение шероховатости, текстуры и свойств винтовых поверхностей. Способы конструктивного совершенствования резьбы и использование в узлах дополнительных элементов (пружинные шайбы, спиральные вставки, самоцентрирующиеся втулки, использование полимерных материалов и специальных смазок) не обеспечивают в полной мере требуемой её прочности и надёжности. Формирование структуры и свойств резьбы методами механической, термической или химико-термической обработки, повышая одни эксплуатационные показатели, зачастую приводит к снижению других, более важных свойств, например, пластичности и предела выносливости.

Многие из известных способов формирования геометрии и свойсти резьбы в условиях повышенных скоростей и нагрузок не в полной мере отве чают возросшим требованиям надёжности. Отсутствие способов обеспечения параметрической надёжности резьбовых соединений, при явно возрастающих объёмах изготовления и восстановления резьбовых деталей, свидетельствуй I о необходимости разработки новых технологических, организационных, эко номических и экологических основ выбора способов упрочнения винтовых поверхностей.

Как известно, благоприятное влияние на повышение служебных характеристик резьбовых соединений оказывают: повышение твердости элементов резьбы, получение мелкодисперсной структуры закалки, создание в поверхностном слое сжимающих остаточных напряжений, формирование благоприятной текстуры волокон металла, формирование специфической микрогеометрии поверхностного слоя [1, 2].

Добиться такого комплекса свойств одной детали способами механической, термической или химико-термической обработки затруднительно даже в условиях специализированного производства деталей с резьбой. Еще большие трудности при изготовлении деталей с резьбой испытывают предприятия не машиностроительной направленности (транспортные, сельскохозяйственные, перерабатывающие, строительные, обслуживающие, ремонтные и другие). Невозможность централизованных поставок таких изделий вынуждает перечисленные предприятия изготавливать их самостоятельно. Для этого они содержат специальный цех или участок и штат токарей, которые на универсальном оборудовании выполняют монотонные операции резьбонарезания. Изготовленные в таких условиях детали с нарезанной резьбой часто не отвечают требованиям по твердости, шероховатости и текстуре волокон металла.

Исследования [3, 4] выявили высокую эффективность отделочно-упро-чняющей электромеханической обработки (ОУЭМО), что связано с возможностью комплексного воздействия силового и термического факторов на поверхностный слой резьбы.

ОУЭМО винтовых поверхностей основана на контактном термомеханическом воздействии высокотемпературного объёма в локальной области «инструмент-резьба». Термомеханическое упрочнение резьбы осуществляет-ся в результате прохождения через зону контакта электрического тока большой силы при постоянном следящем воздействии инструмента.

Экспериментально установлено, что при электромеханическом упрочнении резьбы наибольшее влияние на глубину упрочнения в сечении среднего диаметра оказывают: плотность тока, усилие прижатия инструмента к детали и скорость обработки. Для определения влияния каждого из вышеперечисленных факторов проведены исследования и установлены предельные значения. Глубину упрочнения подбирали таким образом, чтобы обеспечить закалённый поверхностный слой при сохранении исходной структуры и свойств нижележащих слоев металла. Получена математическая модель (1), показывающая, что наибольшее влияние на глубину упрочнения (У) оказывает плотность тока (Х|), а также его взаимодействие с давлением (Х2) и скоростью обработки (Х3):

У = 77,2 -I- 16 Х1 + 14X2X3-7,2X1X3 + 6,6X1X2X3.

Поскольку при ЭМУ точечный источник высокотемпературного нагре-иа с равномерно распределённой плотностью теплового потока движется по