Брянск, Брянская область, Россия
Брянск, Брянская область, Россия
ГРНТИ 55.01 Общие вопросы машиностроения
ГРНТИ 55.13 Технология машиностроения
ГРНТИ 55.35 Металлургическое машиностроение
Представлены обобщенные результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния условий электроэрозионной обработки на параметры усталостной прочности и износостойкости деталей машин. Приведены теоретические и эмпирические зависимости, описывающие взаимосвязь условий электроэрозионной обработки с параметрами усталостной прочности и износостойкости. Определена степень влияния режимов электроэрозионной обработки на параметры усталостной прочности и износостойкости.
усталостная прочность, износостойкость, электроэрозионная обработка, длительность импульса, напряжение, сила тока
Основными причинами неисправностей большинства деталей машин являются изнашивание поверхностей деталей и поломка деталей вследствие усталостных разрушений, которые оцениваются параметрами износостойкости и усталостной прочности.
Параметры усталостной прочности и износостойкости определяются видом обработки поверхностей деталей машин. Одним из окончательных методов обработки деталей машин является электроэрозионная обработка.
Параметры усталостной прочности и изно-
состойкости деталей машин зависят от параметров качества поверхностного слоя: параметров шероховатости Rmax, Rp, Sm, tm; параметров волнистости Wz; макроотклонений Hmax и степени наклепа Uн [1, 2]. В свою очередь параметры качества поверхностного слоя зависят от условий электроэрозионной обработки (ЭЭО): технологического тока I, напряжения U, длительности импульса t, свойств материалов инструмента и заготовки, свойств диэлектрической жидкости [3, 4]. В совокупности это позволяет установить теоретические зависимости параметров усталостной прочности и износостойкости от условий
электроэрозионной обработки.
В результате проведенных теоретических исследований [1 ‒ 4] были получены зависимости, описывающие взаимосвязь параметра усталостной прочности и комплексного показателя качества поверхности трения деталей, применяемого для оценки параметра износостойкости, с условиями ЭЭО:
‒ параметр усталостной прочности s:
где g – коэффициент, учитывающий режимы ЭЭО, который необходимо определить в результате экспериментальных исследований;
b ‒ коэффициента перекрытия лунок (можно принять равным 1,57); I – сила тока, А;
U – напряжение, подаваемое на электроды, В; η ‒ коэффициента полезного использования энергии импульса; t – длительность импульсов, мкс; с – удельная теплоемкость материала, Дж/кг·°С; r ‒ плотность материала, кг/м3; Тпл – температура плавления материала, ͦ С.
‒ комплексный показатель качества поверхности трения деталей С [1]:
где I – сила тока, А; η – коэффициента полезного использования энергии импульса; t – длительность импульсов, мкс; с – удельная теплоемкость материала, Дж/кг·°С; r – плотность материала кг/м3; Т – температура плавления материала, °С; Umax – максимальное напряжение при обработке, В; Umin – минимальное напряжение при обработке, В; Аи – энергия импульса, Дж; Пд – коэффициент фазовых превращений Палатника материала детали, Дж·Вт/м4; Пи – коэффициент фазовых превращений Палатника материала инструмента, Дж·Вт/м4; dВ – временное сопротивление разрушению, МПа; dа – действующее значение амплитудного напряжения на поверхности трения, МПа; t – параметр фрикционной усталости при упругом контакте, Нmax – макроотклонение поверхности, м; Hн – микротвердость наклепанного слоя, МПа; d”ост – остаточные напряжения второго рода, МПа.
На рис. 1 приведены теоретические зависимости и экспериментальные данные показателя усталостной прочности от режимов ЭЭО.
При математической обработке и сравнении теоретических данных и результатов экспериментальных исследований (см. рис. 1) был получен коэффициент g, учитывающий условия ЭЭО, который получился равным 0,32. Данный коэффициент позволяет уточнить теоретическую зависимость для определения параметра усталостной прочности.
В результате проведения полнофакторного
эксперимента и дальнейшей его математической и статистической обработки были получены эмпирические зависимости для определения параметра усталостной прочности и комплексного показателя качества поверхности трения деталей от режимов электроэрозионной обработки:
‒ параметр усталостной прочности:
,
где I – сила тока (10…30 А); U – напряжение, подаваемое на электрод (30…50 В); t – длительность импульсов (8…16 мкс);
‒ комплексный показатель качества поверхности трения деталей:
,
где I – сила тока (10… 30 А); U – напряжение, подаваемое на электрод (30…50 В); t – длительность импульсов (8…16 мкс).
Сравнивая данные теоретических и экспериментальных исследований взаимосвязи параметра усталостной прочности и комплексного показателя качества поверхности трения деталей с режимами ЭЭО (рис. 2, рис. 3), можно сделать вывод, что теоретические и экспериментальные данные отличаются менее, чем на 25 %. Также на основании полученных результатов можно оценить степень влияния режимов ЭЭО на параметр усталостной прочности и комплексный показатель качества поверхности трения деталей (табл. 1).
1. Взаимосвязь эксплуатационных параметров с условиями электроэрозионной обработки
|
Условия обработки |
Эксплуатационные параметры |
|
|
С |
σ |
|
|
Энергия импульсов |
+* |
+* |
|
Сила тока |
+* |
+* |
|
Напряжение |
-* |
-* |
|
Примечания: 1. Знак «+» обозначает, что увеличение (или уменьшение) данного условия обработки способствует уменьшению или увеличению определенного эксплуатационного параметра. 2. Знак «-» обозначает, что увеличение (или уменьшение) данного условия обработки способствует увеличению или уменьшению определенного эксплуатационного параметра. 3. Знаком «*» помечены условия обработки, оказывающие основное влияние на определенный эксплуатационный параметр. |
||
|
в) |
|
а) |
|
б) |
Рис. 1. Теоретическая зависимость и экспериментальные данные показателя усталостной прочности от
режимов ЭЭО:
а ‒ показателя усталостной прочности от силы тока; б ‒ показателя усталостной прочности от напряжения; в ‒ показателя усталостной прочности от длительности импульса
|
в) |
|
б) |
|
а) |
Рис. 2. Данные теоретических и экспериментальных исследований параметра усталостной прочности в
зависимости от режимов ЭЭО:
а ‒ напряжения; б ‒ силы тока; в ‒ длительности импульса
|
в) |
|
б) |
|
а) |
Рис. 3. Теоретическая зависимость и эмпирические данные комплексного показателя качества поверхности трения деталей от режимов ЭЭО:
а ‒ напряжения;
б ‒ силы тока;
в ‒ длительности импульса
Все это позволит еще на стадии технологической подготовки производства определять режимы ЭЭО в зависимости от требуемых параметра усталостной прочности и комплексного показателя качества поверхности трения деталей, что в свою очередь позволит сократить время технологической подготовки производства и снизить количество неисправностей деталей машин по причине их усталостного разрушения или износа поверхностей.
1. Суслов, А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. – М.: Машиностроение, 2000. – 320 с.
2. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений / А.Г. Суслов, В.П. Федоров, О.А. Горленко [и др.]; под общей ред. А.Г. Суслова. – М: Машиностроение, 2006. – 448 с.
3. Съянов, С.Ю. Технологическое управление параметрами качества поверхностного слоя деталей машин при электроэрозионной обработке // Наукоемкие технологии в машиностроении. ‒ 2014. ‒ №6 (36). ‒ С. 24-29.
4. Syanov S.Yu. Theoretical determination of surface layer quality characteristics of workpieces, tool electrode wear and efficiency of spark eroding – In the collection: Proceedings of 2015 International Conference on Mechanical Engineering, Automation and Control Systems, ‒ pp. 1 - 4, ‒ 2015 .
