Научный вестник ДГМА 2009 № 01

Подождите немного. Документ загружается.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

Управляющая программа

N10G40G17G80

N20T1M6

N30G90

N40 (Имя Траектории: T1)

N50 (Вывод:)

N60 (Единицы: MM)

N70 (Координаты Инструмента: Конец)

N80 (No.Инструмента: 1)

N90 (ID.Инструмента: D_80_T1)

N100 (Охлаждение: Standard)

N110 (Общая длина: 185,000)

N120 (Заготовка:)

N130 (MIN X: -730,000)

N140 (MIN Y: -85,000)

N150 (MIN Z: -328,000)

N160 (MAX X: 0,000)

N170 (MAX Y: 585,000)

N180 (MAX Z: 285,081)

N190 (COORDINATE SYSTEM: workplane)

N200 (Кончик фрезы:)

N210 ( X: -365,000)

N220 ( Y: 250,000)

N230 ( Z: 500,000)

N240 (Рекомендованная длина: 185,000)

N250 (Количество кромок: 1)

N260 (Фреза: TIPRADIUSED)

N270 (DIAMETER: 80,000)

N280 (TIP RADIUS: 1,000)

N290 (Безопасность:)

N300 (Рабочие ходы Инструмента: Безопасная БЕЗ зарезов)

N310 (Подводы Инструмента: Безопасная БЕЗ зарезов)

N320 (Переходы Инструмента: Безопасная БЕЗ

зарезов)

...

N8340G53

N8350M30

Таким образом, была разработана управляющая программа для 3-х осевой обработки

корпуса на фрезерном станке с ЧПУ. Преимущество данной системы заключается в том, что

средствами модуля ViewMill результаты обработки всех траекторий достаточно просто оценить.

После просмотра результатов моделирования обработки можно внести необходимые изменения

в управляющую программу, такие как величина снимаемого припуска, шаг, точность

и др.

ВЫВОДЫ

Использование пакетов Power Shape и Power Mill для создания 3D-модели и управ-

ляющей программы обработки позволяет сократить время обработки, уменьшить припуски

при этом обеспечить требуемую точность изготовления детали.

Включение данных пакетов в состав программного обеспечения производства позво-

ляет повысить сложность деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, существенно сокра-

тить время подготовки управляющих программ, увеличить эффективность

использования

станочного парка [3].

ЛИТЕРАТУРА

1. Казаков А. ADEM — CAD/CAM-интеграция высокого уровня / А. Казаков, А. Красильников // САПР

и графика. – 2003 – № 7 – С. 38–44.

2. Синеокий Т. В. Обзор CAD/CAM/CAE-систем / Т. В. Синеокий // САПР и графика. – 2002 – № 2 – С. 34–39.

3. Вермель В. Применение PowerMILL в комплексной системе автоматизации «проектирование-

производство» / В. Вермель, Е. Калитин, А. Шустов // САПР и графика. – 2000 – № 1 – С. 24–29.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

PROTECTING OF SURFACES WITH THE USE OF SELF-PROPAGATING

HIGH-TEMPERATURE SYNTHESIS

Kovalevskij S. V., Zavgorodnyaja E. A.

Представлены результаты исследований влияния процесса самораспространяющегося

высокотемпературного синтеза на эксплуатационные характеристики деталей машин. Рассмот-

рены основные причины выбора метода обработки. В работе представлены фотографии шлифов

поперечных сечений обработанных различными методами образцов. Также представлены ре-

зультаты опытов и измерений микротвердости по методу Хрущева-Берковича. Рассмотрены из-

менения структуры металлических

образцов после нанесения СВС-покрытий.

Представлені результати досліджень впливу процесу самопоширюючогося високотемпе-

ратурного синтезу на експлуатаційні характеристики деталей машин. Також розглянуті основні

причини вибору методу обробки. У роботі представлені фотографії шліфів поперечного перері-

зу оброблених різноманітними методами зразків. Також результати вимірювань мікротвердості

за допомогою метода Хрущова-Берковича мають місце. Розглянуті

зміни у структурі металевих

зразків після нанесення СВС-покриттів.

In article results of researches of influence of process of self- propagating high-temperature

synthesis on operational characteristics of details of machines are presented. Principal causes of a

choice of a method are considered. In work photos of samples in their cross-section sections processed

by various methods are presented. Also results of experiences and microhardness measurements by

method of Khruschev-Berkovich are presented. Changes of structure of metal samples after drawing of

SHS-coverings are considered.

Ковалевский С. В. д-р техн. наук, зав. кафедрой ТиУП ДГМА

kovalevskii@dgma.donetsk.ua

Завгородняя Е. А. студент ДГМА

katerinazavgorodnyaya@rambler.ru

ДГМА – Донбасская государственная машиностроительная академия

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

UNC 621.793

Kovalevskij S. V., Zavgorodnyaja E. A.

PROTECTING OF SURFACES WITH THE USE OF SELF-PROPAGATING

HIGH-TEMPERATURE SYNTHESIS

The heavy mechanical engineering is leading branch of all industry. The production of the en-

terprises of mechanical engineering plays a main role in realisation of achievements of scientific and

technical progress, all areas of an economy. A share of a machine-building complex is almost 30 %

from industrial output total amount. In our country this branch is developed insufficiently.

One of modern methods of increase of operational characteristics of details of the cars, the cut-

ting tool, and the foundry equipment is application of SHS-coverings. This method allows to notice

power-intensive chemistry-thermal processing (cementation, nitrating, boriding, etc.) on less power-

intensive and not less effective superficial hardening of machine tools.

The purpose of present research work is studying of the wearproof coverings putting by

method of SHS-reactions, and their influence on durable properties of machine tools, calculation of

economic efficiency of the process if it’s introduction in manufacture. For the object in view decision it

is necessary to solve problems:

– to track changes of internal structure of a blanket of materials;

– to investigate transformations of a metal lattice;

– to investigate mechanical characteristics of the received materials;

– to create mathematical model of investigated processes.

Superficial hardening is an integral part of technological process of manufacturing of a detail as

provides increasing of the operational characteristics of products and durability of work of the whole

machine. It is possible to change properties of a surface in various ways: drawing on a surface a new

material with necessary properties; changing of structure of a blanket of metal.

The SHS-synthesis method has provided possibility of reception of considerable number of

connections in a disperse (powder) kind. Among materials, which technological bases of synthesis are

most developed, a special place powders of the refractory connections, finding occupy wide application

in the industry thanks to a combination of hardness, thermal stability, firmness to abrasive deterioration

and corrosion firmness [1, 2]. At struggle against corrosion and deterioration the combined material

combining durability of a basis and firmness of an external layer to influences of environment and con-

tact loadings is created. Use of intermetallic connections intensively extends in various areas of technic

thanks to unique complexes of properties both in the form of products, and in the form of the disperse

materials intended for reception of coverings [2, 3].

Self-propagating high-temperature synthesis is a process of moving of a wave of chemical reac-

tion on a mix of reagents with formation of the firm end-products, spent for the purpose of synthesis of

substances of materials [4, 5]. SHS represents a mode of course strong exothermic reactions (burning

reaction) in which the thermal emission is localised in a layer and it is transferred from a layer to a

layer by a heat transfer. Self-propagating high-temperature synthesis allows to receive refractory pow-

ders, refractory connections and powders of intermetallides, pottery and coverings [5, 6]. Analysing

long-term experience of the scientific countries of the world it is offered to spend complex processing.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

a b

c d

Fig. 1. The microstructure of samples x 100 (1, 2, 3, 4 – tracks of measurements):

а – microstructure of sample Al

+ KMnO

without preliminary coppering, with the subsequent

burnishing; b – microstructure of sample Al

+ KMnO

with preliminary coppering and the subse-

quent burnishing; c – microstructure of sample Al

+ KMnO

with burnishing; d – microstructure of

sample Al

+ KMnO

with SHS

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

Here are the stages of experiments:

1) covering copper. Copper coverings protect steel from corrosion only in the event that they

haven’t pores. Copper coverings protect steel from corrosion.

If the big durability and rigidity is re-

quired to put a copper layer is not necessary, if good antifriction qualities and adsorption decrease are

required, the copper layer is simply irreplaceable (fig. 1, b);

2) drawing of a covering by the SHS-reaction method. Powders of connections of manganese

and aluminium were used. Manganese is the major component of steel. Aluminium provides rising of

the heat resistance and corrosion firmness of a steel. Aluminium possesses high heat conductivity,

firmness to corrosion for the account of fast formation of strong oxide films protecting a surface from

the further interaction (fig. 1);

3) burnishing. This method of electro physical processing provides not only increasing of hard-

ness of a blanket, but also improves quality of a surface of a detail (fig. 1, a, 1, b, 1, c).

The special attention should be paid on a photo (fig. 1). You can see on them the fine-grained

structure of samples. It is the hugest advantage because such structure is very difficult for receiving by

other methods. Results of experiences show, that the greatest increasing of hardness at the sample

without coppering with drawing of a covering and the subsequent burnishing are 1,3 times. The rough-

ness of this blanket was Ra = 0,63. Also changes in a blanket of details are accurately visible in photos.

The material which is put by means of SHS-synthesis, takes root into the basic material of a detail. It is

possible to assume, that the structural lattice of an alloy in a blanket changes. It also has served as the

reason of such considerable changes of mechanical characteristics of details. If to carry out the analysis

of a chemical compound of the SHS-mix it is possible to assume that there is an introduction of atoms

of aluminium in a lattice of steel samples. But accurately to confirm about it is impossible. For more

careful analysis it is necessary to spend the X-rayed analysis.

Table 1

Results of experiments

(by the method of Khruschov – Berkovich)

The sample / hardness

Н100

On a surface

Н100

From edge a

point 1

Н100

From edge a

point 2

Н100

From edge a

point 3

2770 2180 2090 2060

2760 2150 2060 2060

+ KMnO

with coppering with

burnishing (fig. 1, a)

2780 2160 2040 2080

3370 2060 2060 2150

3390 2070 2060 2120

+ KMnO

without coppering

with burnishing (fig. 1, b)

3370 2060 2080 2120

2650 2150 2080 2120

2640 2120 2130 2130

Burnishing without

drawing of coverings

(fig. 1, c)

2650 2130 2120 2080

2150 2120 2080 2060

2140 2150 2100 2120

Initial detail

Steel 30

2130 2130 2080 2100

2610 2080 2065 2060

2630 2075 2060 2060

+ KMnO

(fig. 1, d)

2620 2070 2065 2065

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

100

From presented table you can see that, really copper has not passed to a core of a detail mix of

SHS – reagents, because the sample with coppering is softer. It is also the advantage. Copper raises

wear resistance of details, corrosion resistance. It is formed oxide manganese spheroid type without

drawing of a copper layer on a surface, the size of grain on a surface and in a core practically does not

change. Sulphides are formed, after drawing of a layer of copper, and also a blanket the core has more

fine-grained structure, than on a surface.

Burnishing with transmission pulse currents is a method of an electrophysical processing. It pro-

vides increasing of the hardness of a blanket, improves the quality of a surface of a detail. It is possible

to achieve hardness increase in 1,1–1,3 times and values of roughness Ra = 1,25–0,7 microns at unitary

turning and the subsequent electropulse burnishing.

It is important to notice, that during carrying out of SHS-Reaction the temperature in a burning

zone reaches from 900 to 1000 °C, that corresponds to melting temperature. As cooling is spent on air

the structure less intense and firm, than martensite, – troostite turns out. It leads to have high hardness

and sufficient plasticity of a blanket and fine-grained layer. In the course of burning metal elements of

mixes take root into blankets of preparations. It involves change of metal structure (lattice change), du-

rability properties samples (hardness), and also is superficial alloying.

CONCLUSIONS

The average hardness of samples increases in 1,5–2 times, the metal structure is fine-grained,

the core is plastic, the quality of a surface is Ra = 1,25–0,7 microns. Processing of a detail in diameter

of 400–600 mm and 800–1000 mm is made length less than 90 minutes.

It is necessary to investigate constantly new technologies which will allow improving of eco-

nomic and ecological positions in the world in the conditions of continuously increasing competition in

the market, to increase in requirements to quality of made production and, the most important thing,

constant decrease in level of security of a planet by fuel resources. The obtained dates accurately show

changes in time characteristics of the project and in number of consumed energy. Decrease in labour

input and power consumption of process leads reduction in the cost price of production that is favour-

able for manufacturers, and decrease in negative influence on ecological conditions.

THE LITERATURE

1. Carbide, Nitride and Boride Materials Synthesis and Processing. Ed. Alan W. Weimer, London–Weinheim–

New York–Tokyo–Melburne–Madras : Chapman AND Hall, 1997. – 671 p.

2. Synthesis and Application of New Functionally Graded Materials and Coatings / E. Levashov // Book of Ab-

stract. – 2004. – P. 96–98.

3. New aluminium-based Materials, a Book of Abstract. – 2004. – P. 125–129.

4. Klimchuk E. G. Autowave exothermic organic synthesis in the mixes of organic solids // Macromolecular sym-

posia. – 2000. – V. 160. – P. 107–114.

5. Концепция развития cамораспространяющегося высокотемпературного синтеза как области научно-

технического прогресса / ред. А. Г. Мержанов. – Черноголовка : Территория, 2003. – 368 с.

6. Мержанов А. Г. Твердопламенное горение / А. Г. Мержанов, А. С. Мукасьян. – Москва : Торус Пресс,

2007. – 336 с.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

101

РОЛЬ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

В КОМПЕНСАЦИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ФОРМЫ

Колот А. В., Колот Л. П., Медведев В. С.

Рассматривается исследование технологии поверхностного пластического деформи-

рования поверхностей нежёстких плоскостных деталей с целью уменьшения остаточных де-

формаций компенсационными режимами накатки. Получена математическая модель, опре-

деляющая компенсационное усилие накатки деталей типа брус. Установлено, что после по-

верхностного пластического деформирования образуется погрешность в виде волнистости,

что выходит за пределы, допустимые для высокоточных деталей. Ее устранение предложено

тонким шлифованием. Построена математическая модель зависимости точности формы по-

сле шлифования от режимов обработки и входных параметров обрабатываемых изделий.

Доминирующее влияние оказывает усилие предварительной накатки и припуск, удаляемый

при

шлифовании.

Розглянуто дослідження технології поверхневого пластичного деформування повер-

хонь нежорстких плоских деталей з метою зменшення залишкових деформацій компенсую-

чими режимами накатки. Отримана математична модель, яка визначає компенсаційні зусил-

ля накатки деталей типа брус. Встановлено, що після поверхневого пластичного деформу-

вання виникає похибка у вигляді хвилястості, що виходить за межі, допустимі для

високото-

чних деталей. Її усунення запропоновано тонким шліфуванням. Побудована математична

модель залежності точності форми після шліфування від режимів обробки і вхідних парамет-

рів оброблюваних виробів. Домінуючий вплив дає зусилля попередньої накатки і припуск,

який видаляється під час шліфування.

In the article the A study on technology of surface plastic deformation of nonrigid planar

surfaces of parts to reduce the residual deformation compensation regime knurl. We obtain

a mathematical model that determines the details of compensating knurl type timber. It was found

that after surface plastic deformation is formed in the form of waviness error that goes beyond the

limits permitted for high-precision parts. She suggested the removal of a thin grinding. A mathe-

matical model of accuracy depending upon the form of grinding mode and the input parameters of

the processed products. Dominance has a preliminary effort knurl and stock removed during grinding.

Колот А. В.

д-р техн. наук, доц. кафедры МСИ ДГМА

Колот Л. П.

канд. техн. наук, доц. кафедры ТиУП ДГМА

tiup@dgma.donetsk.ua

Медведев В. С.

ст. преп. кафедры ТиУП ДГМА

ДГМА – Донбасская государственная машиностроительная академия

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

102

УДК 539.374.4

Колот А. В., Колот Л. П., Медведев В. С.

РОЛЬ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

В КОМПЕНСАЦИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ ФОРМЫ

Существенное место в совершенствовании свойств изделий отдается улучшению фи-

зико-механических и геометрических характеристик поверхностей обрабатываемых деталей.

Поверхностное пластическое деформирование (ППД) традиционно служит для обеспечения

требуемых показателей качества поверхностного слоя металла на финишных этапах изготов-

ления деталей. Вопросы влияния ППД на параметры точности формы и расположения по-

верхностей остаются еще малоизученными. В литературе имеются лишь самые общие сведе-

ния, позволяющие оценить качественную сторону механизма коробления нежёстких деталей

при упрочнении их поверхностей пластическим деформированием. Вопросы кинематики

и управления величиной коробления при ППД деталей привлекают исследователей из-за вы-

сокой эффективности этого процесса с целью повышения износостойкости и циклической

прочности деталей [1, 2]. Характерной особенностью коробления при обработке резанием

и ППД является то, что оно носит наследственный характер. Поэтому роль поверхностного

пластического деформирования в обеспечении требуемой точности значительно возросла.

Особенно это актуально при обработке нежестких деталей, особенно высокоточных [3].

Целью работы является разработка методики управления остаточными деформациями

изгиба, связанными с короблением плоских нежестких деталей типа брус на предшествую-

щих этапах формообразования.

Авторами выполнены теоретические и экспериментальные исследования возможно-

стей использования ППД для управления остаточными деформациями изгиба, связанными

с короблением плоских нежестких деталей типа брус на предшествующих этапах формооб-

разования.

На основании условия компенсации коробления [4], заключающегося в восстановле-

нии «удалённых» со стружкой остаточных напряжений на предшествующей операции на-

пряжениями, внесенными ППД, получено уравнение требуемой величины накатки примени-

тельно к накатке роликами:

02))1(2(362

322

=−−++− hchh

νδδδ

, (1)

где

– глубина наклепа;

h – толщина обрабатываемой детали;

– коэффициент Пауссона;

hoh

= – коэффициент несоответствия остаточного напряжения в детали до

накатки

, напряжениям в поверхностном слое

При решении уравнения относительно

получим:

, (2)

где

()()

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

−++

−

+−+−

−

−=

)1(293

)1(

)1(293

)1(

;

k ≈ 0,302 – теоретический коэффициент компенсации коробления, осуществляемой

ППД после обработки резанием при

с = 1 и

= 0,25.

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

103

Однако, из [4] известно, что при компенсации коробления удалением припуска коэф-

фициент компенсации

hak =

= 0,2087 (а – величина удаляемого припуска, h – толщина

бруса). Таким образом, чтобы применить безотходную компенсационную обработку ППД

взамен лезвийной, необходимо в наклепанном слое

создать по своему действию остаточ-

ные напряжения, большие по величине напряжений, которые вызывают прогиб бруса при

удалении припуска

а. Поскольку лезвийная компенсационная обработка возможна только

при условии удаления остаточных напряжений соответствующих знаков и, используя выра-

жение (2), получим:

nnn

31,069,0

, (3)

где 0,31 и 0,69 – коэффициенты, характеризующие величину зоны залегания остаточ-

ных напряжений растяжения (

+σ) и сжатия (–σ) соответственно в наклепанном слое

Физический смысл полученного тождества заключается в том, что поверхностное

пластическое деформирование сопровождается образованием в наклепанном слое уравнове-

шенной системы остаточных напряжений состоящей из моментов внутренних сил, форми-

рующих напряжения растяжения. При этом зона действия напряжений растяжения не может

превышать пластически деформированный слой, т. е.:

рассж

δδδ

+= . (4)

Этот вывод хорошо согласуется с ранее проведенными исследованиями при анализе

наклепанного слоя от дробеструйной обработки и полностью отвечает закону о соответствии

видов напряженного и деформированного состояния, сформулированному Н. В. Кудрявцевым

в работе [2].

Анализ полученной зависимости

k (2) показывает, что зоны залегания составляю-

щих эпюры остаточных напряжений при компенсации ППД зависит только от упругих

свойств материала, характеризуемых коэффициентом Пуaссона, т. е. при

3,0...24,0=

сж

δδ

)705,0671,0( += . (5)

Отсюда следует вывод, что в металлах с большим значением коэффициента Пуассона

глубина залегания напряжений сжатия в наклепанном слое при прочих равных условиях бу-

дет меньше, а уравновешивающих растягивающих напряжений – больше.

Как показывают поведенные исследования [2], наиболее существенным фактором,

определяющим величину остаточных напряжений и глубину наклепа, является усилие де-

формирующего элемента.

При использовании

формулы И. В. Хейфеца, уточненной И. В. Кудрявцевым [2], и

значения полученной нами глубины наклепа (2), усилие накатки роликом, необходимое для

компенсации коробления деталей типа брус, будет равно:

222

2 mhkP

tnn

= , (6)

где

– предел текучести материала;

m – коэффициент, косвенно учитывающий размеры контактной площади,

m = 1 + 0,07R, для практических расчётов принимает m = 1;

R – приведенный радиус кривизны контактных поверхностей.

Проведены исследования возможностей использования ППД как средство для регули-

рования остаточных деформаций и восстановления качества поверхностного слоя на примере

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК ДГМА № 1 (4Е), 2009

104

изготовления армировочных планок прямоугольного сечения с размерами

10130520 ××=×× HDL мм (сталь 20Х) металлорежущих станков [4].

Особенностью их изготовления является необходимость сохранения асимметричного

расположения закаленного на 62 HRCэ слоя металла, на глубине 0,7–1 мм, высокая степень

точности формы (отклонение от прямолинейности не более 0,01 мм на длине 520 мм и от

плоскости не менее двух пятен на площади

2525

S мм

), шероховатостью поверхности

Ra < 0,4 мкм, малая жесткость детали L/H–52.

Результаты измерений показали, что при обработке по действующей технологии, пре-

дусматривающей неоднократную правку, шлифование с многократными переустановками

значительного асимметричного припуска. Требования к геометрическим параметрам не

обеспечивается у 36 % деталей. Кроме этого, поверхностная твердость получается меньше

допустимой. Это является следствием вынужденного одностороннего удаления припуска

и возникновения при этом дополнительных остаточных деформаций изгиба.

Стремление вы-

полнить заданные требования к точности формы поверхностей, работающих на износ, час-

тичным снятием металла с закаленной поверхности приводит к снижению твердости.

Эффективность ППД исследовали на деталях, прошедших термообработку, но не

удовлетворяющих техническим требованиям по точности формы. После обработки детали

ППД отклонение от прямолинейности рабочих поверхностей планок не превышало 0,008 мм

по всей их длине. По разработанной номограмме определялось усилие накатки для каждой

детали конкретно, исходя из параметров точности её исходного состояния.

В некоторых случаях после ППД установлена волнистость обработанной поверхно-

сти, значение которой выходило за пределы допустимой [5]. Ее устранение проводили тон-

ким шлифованием. На рис. 1 представлены профилограммы обработанных поверхностей по-

верхностным пластическим деформированием (а) и последующим тонким шлифованием (б)

с глубиной, ограниченной регламентированной технологическими условиями чертежа точ-

ностью формы и сохранению высоких эксплуатационных свойств поверхностей (поверхно-

стной твердости).

Рис. 1. Профилограммы базовых поверхностей:

а – после ППД; б – после тонкого шлифования