Моделирование технологических процессов обработки слоистых деталей

пературы в зоне нагрева головки рельса ТВЧ была разработана совместно с университетом теоретической и прикладной механики ДУ СОРАН г. Новосибирска программа Thermo 2d St, предназначенная для расчета квазистационарного распределения температуры в поперечном сечении головки рельса, которая нагревается под воздействием движущегося с постоянной скоростью Vx источника ВЧ поля (индуктора).

Анализ полученных данных показывает (рис. 6) снижение твердости упрочненного слоя с 5300 до 4000 МПа при нагреве с различными режимами установки-генератора ТВЧ.

Предварительная нормализация наклепанного слоя позволяет восстановить структуру и механические свойства металла и повысить обрабаты-

ваемость рельсов при ремонте.

Для механической обработки разупрочненно-го слоя необходимо выявить рациональные режимы резания и параметры режущего инструмента.

Практическая ценность данной работы заключается в том, что в условиях дефицита новых рельсов и их стоимости разрабатываемый метод ремонта позволит в значительной мере уменьшить потребность в новых рельсах за счет мобилизации внутренних резервов и тем самым обеспечить бесперебойность и безопасность движения поездов.

Решение поставленных задач позволит повысить производительность механической обработки, качество ремонта старогодных рельсов и сократить расходы на дорогостоящий инструмент.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мелентъев Л.П., Порошин В.Л., Фадеев С.И. Содержание и ремонт рельсов / Под ред. Л.П. Ме-лентьева. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1984. - 231 с.

2. Мелентьев Л.П. Ресурсосбережение в рельсовом хозяйстве // Ж.-д. трансп., 1996. № 5. - С. 44-48.

3. Гуляев А.П. Металловедение. - М.: Металлургия, 1986. - 544 с.

4. Головин Г.Ф., Замятнин ММ. Высокочастотная термическая обработка. - Л: Машиностроение, 1990.-300 с.

5. Поляк М.С. Технология упрочнения. - М: Машиностроение, 1995. - Т. 1,2.- 1520 с.

Авторы статьи:

Виноградов Алексей Борисович - канд.техн.наук, доц. Сибирского государственного университета путей сообщения

Пучнин Роман Вячеславович - аспирант Сибирского государственного университета путей сообщения

Бугров

Александр Валерьевич - аспирант Сибирского государственного университета путей сообщения

УДК 621.96/97

Т. К.Тюнюкова

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ СЛОИСТЫХ ДЕТАЛЕЙ

В различных отраслях народного хозяйства применяются слоистые детали, представляющие собой оболочки, в том числе и незамкнутые, и пластины с плавными пологими или плоскими поверхностями, ограниченными контурами произвольных очертаний и содержащие уложенные в определенной последовательности листовые материалы с различными физико-механическими свойствами. Наибольшее распространение они получили в транспортном машиностроении, при создании технологических машин и оборудования, а также в строитель-

стве. Собранные из разнородных листовых элементов, слоистые детали используются в качестве несущих плоскостей конструкций и могут выполнять роль защиты от воздействия химически агрессивных сред, тепловых, электрических и других воздействий, являться декоративными или сочетать в себе комбинацию этих свойств. Соединение определенным образом подобранных конструкционных материалов позволяет создавать композиты, механические характеристики которых не могут быть получены при использовании однородных ма-

териалов.

Изготовление слоистых деталей предусматривает необходимость выполнения ряда технологических операций, к которым относятся: получение заготовок из листовых элементов; обработка деталей в соответствии с чертежами; образование в них отверстий; укладка в пакеты; установка болтовых, заклепочных или других соединений. В процессах изготовления, эксплуатации и при выполнении ремонтных работ неизбежно возникает необходимость получения готового изделия в предварительно собранном пакете

96

Т. К.Тюнюкова

листовых элементов. Но, выполнение ряда технологических операций во многих случаях оказывается невозможным, что обусловлено следующими обстоятельствами. Слоистые детали могут изготавливаться из разнородных материалов, в том числе и неметаллических. Поэтому режимы резания и инструменты, предназначенные для обработки одного из материалов, могут оказаться неприемлемыми для других. Кроме того, отдельные элементы могут изготавливаться из материалов, плохо поддающихся обработке, например высокоуглеродистых и легированных сталей, титановых сплавов, хрупких неметаллических материалов и др.

При изготовлении слоистых деталей, как правило, используются тонколистовые материалы. Их получение в большинстве случаев ведет к разрывам материала в прилегающей к обработке зоне, а расположение их в многослойном пакете исключает применение специализированной оснастки.

Для решения рассматриваемой проблемы необходимо создание комбинированных технологических процессов. Так при формировании фасонных отверстий необходимо получение лидирующего отверстия с окончательной обработкой поверхности заданной конфигурации и разработкой средств технологического обеспечения.

В слоистых деталях, в большинстве своем обладающих малой жесткостью, целесообразно осуществлять выполнение лидирующего отверстия с учетом особенностей деформирования наиболее прочного слоя, что обеспечит возможность получения детали в соответствии с чертежами и использовать специализированную оснастку.

Анализируя технологическую операцию обработки фасонных поверхностей, можно представить ее в виде сочетания трех последовательных переходов, выполняемых с использо-

В) X

! ь

Ж7

Г \

Рис. 1. Схема обработки отверстия в пластине: а) пробивка лидирующего отверстия; б) ввертывание инструмента в лидирующее отверстие; в) окончательная обработка отверстия;

г) форма лидирующего отверстия; д) вид сливной стружки при окончательной обработкеотверстия; 1 - специальный инструмент; 2 - слоистая деталь (пластина); 3 - цилиндрический кондуктор; 4 -

сливная стружка

ванием специализированного инструмента. На рис. 1 приведена схема проектируемой технологической операции на примере обработки отверстия.

На первом переходе, показанном на рис. 1, а, осуществляется обработка специальным инструментом 1 лидирующего отверстия, форма которого приведена на рис.1, г. Рабочий ход инструмента осуществляется устройством, обеспечивающим движение инструмента с некоторой начальной скоростью.

На втором переходе, показанном на рис. 1, б, происходит движение инструмента в лидирующем отверстии. При этом он совершает поступательное перемещение вдоль оси X на величину одного шага спирали И и поворот вокруг оси X на угол (р > 360°.

Третий переход, показан-

ный на рис. 1, в, соответствует окончательной обработке отверстия, при которой инструмент 1 совершает возвратное движение, перемещаясь относительно пластины и прижатого к ней кондуктора 3. Резание материала осуществляется боковой гранью инструмента с образованием сливной стружки, показанной на рис. 1, д.

В общем случае слоистые детали могут содержать произвольное количество слоев п, отличающихся между собой физико-механическими свойствами и, в первую очередь, пределом прочности Ов или, точнее, сопротивлением срезу оср , существенным образом влияющим на усилие резания. В связи с этим возникает необходимость разработки методов расчета динамических режимов, которые могут быть использованы

Рис. 2. Нагрузочная характеристика комбинированной технологической операции

для решения широкого круга технологических задач. Построение и анализ моделей, отображающих физико-

механические свойства деформируемых твердых тел, наиболее существенно влияющие на характер рассматриваемых процессов, открывают возможности для определения энергоемкости рассматриваемой технологической операции.

Расчеты деформаций, выходящих за пределы упругости, основываются на статических а-е диаграммах растяжения-сжатия, что позволяет дать качественную оценку процесса формоизменения материала и определить относительную величину деформации. Но при решении задач, связанных с деформированием составных тел сложной структуры не представляется возможным построение действительных о-е диаграмм. В этом случае в расчетах могут быть использованы силовые нагрузочные характеристики х = / (Р), устанавливающие связь между приложенной нагрузкой Р и величиной деформации детали х, отображаемые механическими моделями деформируемых твердых тел [1].

После проведения расчетов получаем, что максимальное смещение и максимальное уси-

лие при ударе зависят только от кинетической энергии в момент удара тУо2/2 , что позволяет определить максимальную силу, необходимую для начала пластической деформации

Р1,тах=4ти1С\ • В качестве примера рассмотрим моделирование операции обработки отверстия резанием в двухслойной детали. Ее наружный слой является упру-гопластическим упрочняющимся телом (стальной лист), а внутренний - жесткопластиче-ским (пенополистирол). Нагрузочная характеристика комбинированной технологической операции приведена на рис. 2.

На первом переходе происходит нагружение детали в пределах упругости слоя до максимального динамического смещения £тах по линии ОА. При достижении силы сопротивления величины Рп , определяемой по формуле (1), начинается резание лидирующего отверстия, а деталь ведет себя как пластическое упрочняющееся тело (линия ОВ).

В точке В резание лидирующего отверстия заканчивается. При этом величина динамической деформации /г*/ соответствует статической X].

На втором переходе (точка

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

С) начинается перемещение инструмента в лидирующем отверстии. Начальная сила сопротивления перемещению Рт2 представляет собой силу трения на боковой грани инструмента, а ее увеличение обусловлено сопротивлением разрушения второго слоя детали.

При достижении точки Э, то есть при величине деформации Х2=Ик1 индентор останавливается и при его обратном ходе осуществляется окончательная обработка отверстия с постоянной силой резания -линия ЕЫ, при этом деталь ведет себя как жесткопластиче-ское тело без упрочнения.

Таким образом, последовательное соединение моделей позволяет получать практически любой вид нагрузочной характеристики при произвольном чередовании слоев, отличающихся между собой по физико-механическим свойствам и рассчитать энергию, необходимую для выполнения операции, осуществляемой как при прямом, так и при обратном ходе инструмента, т. е. за один цикл на-гружения.

1. Каргин В. А., Абрамов А. Д., Морозова Н. А., Тюнюкова Т. К. Теория и практика проектирования виброударных машин и технологий для строительства, ремонта и эксплуатации транспорта и транспортных систем // Вестник Сибирского государственного университета путей сообщения. Вып. 5. - Новосибирск, 2003.-С. 27-41.

Автор статьи:

Тюнюкова Т. К. - мл.научн.сотр. Сибирского государственного университета путей сообщения