Особенности обработки деталей из труднообрабатываемых сплавов незакрепленным шлифовальным материалом

3. Иванов, М. Н. Детали машин : учеб. для студентов высш. техн. учеб. заведений / М. Н. Иванов. - 5-е изд., перераб. - М. : Высш. шк., 1991. - 383 с.

4. Воячек, И. И. Сборка резьбовых соединений с применением анаэробных материалов / И. И. Воячек // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2003. -№ 10. - С. 24-26.

5. Суслов, А. Г. Качество поверхностного слоя деталей машин / А. Г. Суслов. - М. : Машиностроение, 2000. - 320 с.

6. Якушев, А. И. Повышение прочности и надежности резьбовых соединений / А. И. Якушев, Р. Х. Мустаев, Р. Р. Мавлютов. - М. : Машиностроение, 1979. -215 с.

7. Воячек, И. И. Повышение функциональных характеристик резьбовых соединений при сборке с анаэробными материалами / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2009. - № 6. - С. 37-40.

8. Воячек, И. И. Влияние анаэробных материалов на распределение нагрузки в резьбовом соединении / И. И. Воячек, Д. В. Кочетков // Сборка в машиностроении, приборостроении. - 2010. - № 6. - С. 34-40.

УДК 621.923.01

ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТРУДНООБРАБАТЫВАЕМЫХ СПЛАВОВ НЕЗАКРЕПЛЕННЫМ ШЛИФОВАЛЬНЫМ МАТЕРИАЛОМ

М. Ю. Ломакин, В. А. Скрябин

Приведен анализ характера воздействия абразивных зерен на обрабатываемую поверхность детали и схема установки для обработки деталей из труднообрабатываемых материалов. Проведен расчет давления абразивных зерен на обрабатываемую поверхность детали, позволяющий прогнозировать заданную величину шероховатости поверхности детали. Дана оценка мгновенной контактной температуры в зоне обработки. Показано, что поверхностный слой материала в результате процесса микрорезания получает дислокационное упрочнение, при котором возможно образование микротрещин.

In the article is provided the analysis of character of influence of abrasive grains is driven on the processed surface of detail chart and chart of setting for treatment of details from hard-processing materials. The calculation of pressure of abrasive grains is conducted on the processed surface of detail, allowing to forecast the set size of roughness of surface of detail. The estimation of instantaneous pin temperature is given in the zone of treatment. It is shown that the superficial layer of material as a result of process of cutting gets the dislocation work-hardening at that education is possible.

Анализ характера взаимодействия абразивных зерен с обрабатываемой поверхностью детали в способах обработки свободным абразивом показал, что удаление припуска на обработку происходит за счет микрорезания поверхности детали выступами микро- и субмикрорельефа абразивных зерен [1]. Величина удаляемого припуска определяется высотой исходных неровностей поверхности детали от предшествующей обработки. После удаления заданного припуска шероховатость поверхности детали формируется под влиянием техно-

логических режимов обработки и геометрических параметров выступов микро- и субмикрорельефа абразивных зерен. Поэтому весьма важной является задача теоретического определения эффективных режимов обработки, обеспечивающих получение заданной шероховатости поверхности обработанных деталей. В качестве примера была поставлена задача по определению режимов обработки колеса турбины турбокомпрессора дизеля, которые позволили бы получить шероховатость обработанной поверхности, соответствующую Яа = 1,6 мкм. Исследования производительности и качества обработки деталей типа дисков и кулачков осуществлялись на экспериментальной установке, схема и общий вид которой показаны на рис. 1. Вся установка жестко закреплена на столе вертикально-сверлильного или радиально-сверлильного станка и соединена с его шпинделем.

Рис. 1. Схема финишной обработки колеса турбины турбокомпрессора дизеля

Работа такого устройства осуществляется следующим образом. Обрабатываемую деталь 4 с радиусом Я закрепляют на эксценричной оправке 5 с эксцентриситетом Е, которая устанавливается на вал ротора 8. Перемещение оси оправки относительно оси ротора обеспечивается шарнирным поводком 6 с шариками. Ротор помещают в камеру 2 с эластичными стенками 3, заполненную абразивной средой А, и сообщают ему вращение с угловой скоростью ю = К / (Е + Я). Сверху камера закрывается крышкой 7. Максимальная величина угловой скорости 5 рад/с. В кольцевую полость камеры подают сжатый под давлением воздух, в результате чего рабочая среда уплотняется.

При этом уплотненная абразивная среда точно копирует форму профиля погруженной в нее детали. Ротору 8 посредством автоматического регулирования режимных параметров станка сообщается вращательное движение с реверсом и возвратно-поступательное движение вдоль оси вращения со скоростью V и амплитудой колебаний детали А = 80 • 10-3 м.

Время выравнивания давления (заполнения возникшего зазора между поверхностью детали и абразивной средой) зависит от инерционности среды. Для эффективной обработки всего контура требуется обеспечить равномер-

8

ную интенсивность воздействия на все его точки. Для этого необходимо определить эксцентриситет Е оси оправки относительно оси ротора. Согласно [1] эксцентриситет определяется следующим образом:

Е = 0,50 - г,

где О - диаметр описанной окружности колеса турбины, м-10-3; г - радиус смещения, м-10-3.

Динамическая глубина внедрения единичных выступов микрорельефа поверхности абразивных зерен в данном случае не должна превышать 0,8 мкм, т.е. Лдин < 0,8 мкм (Яа = 0,2-Яг; Я2 = Лдин). По известной заранее из технических требований чертежа шероховатости Яа можно определить эффективные режимы обработки, необходимо найти давление единичного абразивного зерна Р, при котором обеспечивается внедрение микро- и субмикровы-ступов в обрабатываемую поверхность на заданную глубину Лдин (Я2) = 5Яа.

В соответствии с [1] сила Р2, действующая на единичную абразивную частицу,определяется следующим образом:

^ \3/2

р _ пИБ (5Я 43/2 Р _

24с

где НВ - твердость обрабатываемого материала; а и с - соответственно большая и малая полуоси абразивных зерен, моделируемых эллипсоидом вращения; Яа - конечная шероховатость обработанной поверхности детали.

По определенному значению Р2 можно определить давление, которое необходимо подвести к эластичной оболочке камерного устройства при обработке деталей типа тел вращения:

Р _-Р-

1 - ^22 - Я

Я* + {(1 + У)/(1 -у)}^12

где Я1 - радиус уплотненного абразивного слоя, контактирующего с эластичной оболочкой камеры; Я2 - радиус детали; V - коэффициент Пуассона обрабатывающей среды.

Приведем пример расчета давления обрабатывающей среды.

Исходные данные: шлифзерно карбида кремния зеленого марки 63 С зернистостью 50, параметрами зерна: а = 500 мкм (0,5 мм); с = 283мкм (0,283 мм). Материал детали - жаропрочный литейный труднообрабатываемый сплав ЖС6К твердостью 40...45 ИЯС (350 НВ). Радиус детали Я2 = 114 мм, радиус эластичной оболочки Я1 = 370 мм.

Расчет:

Р2 _пИБ (^ ]3/2 (с + а - 0,67^)_

3,14 • 350 2 • 0,532

2^С\

5• 16•Ю-2 -10"

(с л г ш-2 1 п-3 Л3/2

1,3

•

_ 16•Ю-3кг (16•Ю-2Н);

Р=

=0,1 МПа.

1 -

Я - Я? 1__1142 - 3702

Как известно из работ [1, 2], вопросы изучения тепловых явлений при шлифовании имеют первостепенное значение в теории абразивной обработки. Изучение тепловых процессов важно с точки зрения предотвращения вредного воздействия температурного поля на поверхность обрабатываемых деталей. Необходимо отметить, что реальные материалы, как правило, содержат дислокации, точечные дефекты и различные примесные включения, что значительно снижает их прочностные характеристики.

Тепловые процессы, инициированные мгновенной контактной температурой на этапе микрорезания, могут стимулировать изменение дефектной структуры в поверхностном слое материала, толщина которого соизмерима с глубиной микрорезания. Такие изменения при определенных условиях могут существенно сказаться на фактическом сопротивлении материала сдвигу и на характере его разрушения.

В настоящей работе в рамках простейшей модели Гранато-Люкке [3] теоретически рассмотрен процесс дислокационного упрочнения при микрорезании в поверхностном слое материала обрабатываемой детали. Теоретический подход основан на двухэтапном механизме дислокационного упрочнения. На первом этапе в процессе микрорезания возникает достаточно сильный температурный импульс за счет мгновенной контактной температуры. В результате дислокации освобождаются от закрепляющей примеси (диффузия «облаков Коттрелла») и дефект модуля упругости увеличивается. Характерное время данного процесса ^ определяется средней шириной микровыступов Ьт

и средней скоростью й движения абразивного зерна: t0 = Ьт / й. Оценка величины t0 при следующих значениях величин: й = 2 м/с и Ьт = 20 мкм, дает t0 = 10-5с. Для оценки величины мгновенной контактной температуры рассмотрим простейшую краевую задачу - задачу Коши с мгновенным точечным источником тепла ^ (х, t) = 208(х -т), где Q0 = 2М-мощность источника, М - среднее значение массы абразивного зерна, х = £, и t = т - координаты мгновенного точечного источника тепла, которые срабатывают в момент времени t = т, 8(^) - дельта-функция Дирака. Решение задачи Коши хорошо известно и имеет вид

ент температуропроводности.

После усреднения выражения (1) по эффективной длине дислокации I с весовой функцией N(1) гауссова вида

(хЧ)2

где с - удельная теплоемкость материала; р - его плотность; а2 - коэффици-

Л ~2

N

у/кЬ2

где Л - общая длина дислокаций в материале детали; Ь - средняя длина дислокационной петли, получим

х п ср 2>/к Ь2 V Ь

где агсШ г - гиперболический арккотангенс.

Оценим величину

величин: Л = 6 -10-2 м, Ь = 60 мкм, с = 460 Дж/(кг • К), р = 7800 кг/м3, Q0 = 103 Дж/м2, М = 6,7 мг при зернистости 80, t = t0 = 10-5 с, в результате получим для мгновенной контактной температуры {Т (х, t))1 = 1820 К. Таким

образом, мгновенная контактная температура может достигать достаточно больших значений вплоть до температуры плавления металла. Дефект модуля упругости, связанный с процессом расплывания зон Коттрелла, можно представить в виде

' АЕ >

V Е0 )

V Е0 )0 4^02

где Е - модуль упругости повехности детали после обработки; Е0 - модуль упругости поверхности детали до обработки; (АЕ / Е0)1 - мгновенное значение дефекта модуля упругости; (АЕ / Е0)0 - значение дефекта модуля упругости в начальный момент времени; АЕ = (Е - Е0) / Е, г0 - радиус облака Коттрелла вокруг дислокационной петли.

Оценка величины е1 = (АЕ / Е0){ / (АЕ / Е0 )0 при следующих значениях параметров, входящих в (4): 2г0 = 0,1 мкм, Е>0 = 10-7 м2/с, Q ~ 1,3 эВ, t ~ 10-7 с, t = tь, а2 ~ 12 • 10-6 м2/с, дает е1 = 2,8, т.е дефект модуля упругости может увеличиться примерно в три раза. Следует отметить, что при некотором критическом напряжении возможно полное открепление дислокационных петель с последующим дрейфом дислокации совместно с примесной атмосферой. Накопление дислокаций вблизи примесных включений является одной из возможных причин образования микротрещин.

Приведенная оценка показывает, что поверхностный слой материала в результате процесса микрорезания получает дислокационное упрочнение, при котором возможно образование микротрещин. Таким образом, в рамках простейших модельных представлений продемонстрировано существенное влияние дефектной структуры металла на физико-механические характеристики поверхностного слоя в процессе обработки уплотненным абразивом. Эти характеристики важны, поскольку оказывают существенное влияние на эксплуатационные свойства деталей и в том числе

на износостойкость, усталостную прочность, а также контактную и коррозионную стойкость.

Список литературы

1. Скрябин, В. А. Основы процесса субмикрорезания при обработке деталей незакрепленным абразивом / В. А. Скрябин. - Пенза : Изд-во ПВАИУ, 1992. - 120 с.

2. Мартынов, А. Н. Основы метода обработки деталей свободным абразивом, уплотненным инерционными силами / А. Н. Мартынов. - Саратов : Изд-во Сарат. гос. техн. ун-та, 1981. - 212 с.

3. Тарабрин, Г. В. К теории дислокационного упрочнения в процессе обработки деталей уплотненным абразивом / Г. В. Тарабрин, В. Д. Кревчик, В. А. Скрябин // Известия высших учебных заведений. Технические науки. Поволжский регион. -2007. - № 1. - С. 135-139.

УДК 004.67:311

ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ АВТОРЕГРЕССИИ И ПРОИНТЕГРИРОВАННОГО СКОЛЬЗЯЩЕГО СРЕДНЕГО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КОЛИЧЕСТВА ЗВОНКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАКЕТА STATISTICA 6

Н. С. Пасмарнова

Рассмотрено построение модели авторегрессии и проинтегрированного скользящего среднего в статистическом пакете STATISTICA 6 для процесса поступления звонков в центр обработки вызовов. Построен прогноз количества поступающих звонков на последующие 7 дней. Проведена оценка адекватности полученной модели.

In this article we describe autoregressive integrated moving average (ARIMA) model building for the process of call arrivals in a call center with use of statistical software package STATISTICA 6. We build a seven-days-ahead forecast of the number of incoming calls. We evaluated the adequacy of the received model.

STATISTICA 6 - это современный пакет статистического анализа, в котором реализованы основные математические методы и функции для статистической обработки данных. Пакет предоставляет возможность построения модели авторегрессии и проинтегрированного скользящего среднего (АРПСС). В данной работе модель АРПСС используется для решения задачи прогнозирования количества звонков, поступающих в центр обработки вызовов телекоммуникационной компании. Задача такого прогнозирования крайне важна для компаний, ежедневно принимающих тысячи вызовов от клиентов, ведь по составленному прогнозу определяется штатное расписание операторов call-центров.

Применение модели АРПСС (p, d, q) (Ps, Ds, Qs) Бокса-Дженкинса обосновано тем, что это одна из наиболее эффективных моделей для прогнозирования. Модель широко применяется в самых разнообразных предметных