Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследований 10
1.1 Анализ условий эксплуатации валов 10
1.1.1 Анализ видов повреждений деталей 11
К1.2 Условия эксплуатации валов сельскохозяйственной и промышленной техники 12
1.2 Основные способы упрочнения поверхностей деталей 18
1.3 Обоснование выбора объекта исследований и предпосылки применения способа электромеханического упрочнения валов с применением трёхфазного тока 33
1.3.1 Виды дефектов валов, и обоснование целесообразности их упрочнения 33
1.3.2 Условия работы сопряжения «вал-подшипник» 35
1.4 Сущность способа электромеханического упрочнения валов с использованием тока - 37
1.5 Предпосылки применения способа электромеханического упрочнения-валов сельскохозяйственной техники с применением трёхфазного тока 40
1.6 Выводы и задачи исследований 42
2 Теоретические основы электромеханического упрочнения валов с использованием трёхфазного тока 44
2.1 Сущность способа электромеханического упрочнения валов с использованием трёхфазного тока 44
2.2 Общие положения теории электрических контактов 46
2.3 Обоснование расчёта площади пятна контакта инструмента с внешней поверхностью вала 50
2.4 Обоснование сечения токопровода инструментальной оснастки 55
2.5 Обоснование выделения теплоты точечным источником тока 56 Выводы 60
3 Аппаратура и методика экспериментальных исследований 61
3.1 Структура исследований и основные положения общей методики 61
3.2 Описание силовой установки 62
3.3 Конструкции инструментов и приспособлений 67
3.4 Схема электромеханического упрочнения валов с применением трёхфазного тока и ее особенности 71
3.5 Выбор независимых факторов исследования и определение границ их варьирования 77
3.6 Математическая обработка экспериментальных данных по оценке влияния параметров процесса электромеханического упрочнения 79
3.7 Методика эксперимента по упрочнению валов с применением' трёхфазного тока 82
3.7.1 Методика определения микротвёрдости 84
3.7.2 Методика получения микрофотографий 85
3.8 Методика исследования износостойкости упрочнённого слоя ' , 85
3.9 Методика производственных исследований упрочненных валов 91
3.10 Оценка погрешностей измерений 92
Выводы 94
4 Результаты исследований по оценке влияния режимов электромеханического упрочнения с использованием трёхфазного тока 95
4.1 Анализ результатов многофакторного эксперимента электромеханического упрочнения с использованием трёхфазного тока 95
4.2 Влияние параметров электромеханического упрочнения с использованием трёхфазного тока на глубину и твёрдость упрочнённого слоя 100
4.3 Анализ зависимостей глубины упрочнения от основных параметров электромеханического упрочнения с использованием трёхфазного тока 108
4.4 Результаты исследования упрочнённых образцов на износостойкость 111
Выводы 114
5 Экономическая эффективность электромеханического упрочнения валов с использованием трёхфазного тока 116
Выводы 123
Общие выводы 124
Литература
- Условия эксплуатации валов сельскохозяйственной и промышленной техники
- Обоснование расчёта площади пятна контакта инструмента с внешней поверхностью вала
- Схема электромеханического упрочнения валов с применением трёхфазного тока и ее особенности
- Влияние параметров электромеханического упрочнения с использованием трёхфазного тока на глубину и твёрдость упрочнённого слоя
Введение к работе
Качество машины характеризуется не только её способностью выполнять заданные функции, но и главным образом уровнем надёжности, или свойствами машины длительно сохранять и, если необходимо, восстанавливать свою работоспособность при минимальных затратах времени, труда и денежных средств.
В предприятиях по ремонту машин и техническому обслуживанию машинно-тракторного парка новая техника воплощается в виде машин и оборудования, технологии и организации производства.
Совершенствование ремонта и технического обслуживания на предприятиях народного хозяйства обеспечивается за счёт таких важнейших характеристик машин, как долговечность, безотказность, ремонтопригодность, и т.д., которые существенно увеличивают срок их эксплуатации.
На сегодняшний день в большинстве предприятий агропромышленного комплекса ремонтная база претерпела серьёзные изменения, если где и имеется оборудование, оснастка, то средств, как правило, для поддержания её работоспособности нет.
Существует множество способов упрочнения и восстановления изношенных деталей, например:
наплавка и напыление;
термическая и химико-термическая обработка;
лазерное упрочнение;
постановка дополнительных деталей;
обработка под ремонтные размеры;
электромеханическая обработка.
Наиболее же актуальными в этом направлении представляются задачи создания и дальнейшего совершенствования существующих технологических приёмов и методов, направленных на упрочнение деталей.
Современные предприятия оснащены сложным, разнообразным и» дорогостоящим оборудованием отечественного и зарубежного производства. Для поддержания его в работоспособном состоянии ремонтные службы должны располагать эффективными способами не только восстановления размеров, но и способными создавать рабочие поверхности деталей высокого качества^ Такая; технология должна характеризоваться простотой и универсальностью осуществления, незначительными материальными затратами при достижении требуемого-качества деталей [27, 134].
К числу подобных технологий, несомненно, относится электромеханическая обработка (ЭМО), разработанная и совершенствуемая, по сегодняшний день в Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии (УГСХА). ЭМО была предложена основателем этого научного направления Б.М. Аскинази [5, 6]. Однако существующие технологии,упрочнения в;свете жестких современных требований имеют ряд существенных недостатков. В частности, известные технологии не всегда подходят для; упрочнения длинномерных валов, что приводит к существенному снижению срока ихіэксплуатации:
В связи с вышесказанным, задача разработки способа электромеханического упрочнения длинномерных валов с использованием трёхфазного тока является важной и актуальной, поскольку позволяет значительно повысить их долговечность.
Научные исследования выполнялись в соответствии с планом НИР ФГОУ ВИО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» по теме № 0120.0600147 «Разработка средств механизации и технического обслуживания энерго и ресурсосберегающих технологий в различных процессах производства и переработки продукции сельского хозяйства (2003...2008 г.г.)».
Цель исследований - разработка способа и технологической оснастки для. электромеханического упрочнения валов сельскохозяйственной техники с использованием трёхфазного тока.
Объект исследований - технологический процесс электромеханического упрочнения-валов с использованием трёхфазного тока.
Предмет исследований - технологические режимы процесса электромеханического упрочнения валов с использованием трёхфазного тока и их влияние на физико-механические свойства поверхностного слоя
Научную новизну представляют:
- способ электромеханического упрочнения валов с использованием
трёхфазного тока;
- теоретическое обоснование режимов электромеханического упрочнения валов с использованием трёхфазного тока;
- технологическая оснастка для электромеханического упрочнения ва
лов с использованием трёхфазного тока.
Новизна способа ЭМУ подтверждена патентом РФ № 2285 728.
Практическая ценность. Заключается в улучшении физико-механических свойств поверхности и увеличении производительность процесса не менее чем в три раза в сравнении с однофазным аналогом.
Реализация результатов исследований. Технологический процесс электромеханического упрочнения длинномерных валов с использованием трёхфазного тока внедрён в ОАО «Ульяновский НИАТ», а упрочнённые валы с- х. техники установлены в места эксплуатации в «Учебно-опытное хозяйство Ульяновской ГСХА».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждены и одобрены на научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Ульяновская ГСХА» (2004 - 2008 гг.), международной практической конференции-выставке «Технология ремонта и восстановления деталей машин,
оборудования, инструмента и технологической оснастки» (г. Санкт - Петербург, 2005 г.).
Научные положения и результаты исследований, выносимые на защиту:
способ электромеханического упрочнения валов и технологическая оснастка для его реализации;
режимы электромеханического упрочнения валов с использованием трёхфазного тока;
результаты теоретических и экспериментальных исследований электромеханического упрочнения валов сельскохозяйственной техники с использованием трёхфазного тока.
}
Условия эксплуатации валов сельскохозяйственной и промышленной техники
Основными видами нагрузки являются: кручение, изгиб. Сочетание изгибающих и крутящих нагрузок определяет характер распространения усталостных трещин, и строение эксплуатационных изломов.
Как показывает опыт, в ряде случаев восстановленные различными износостойкими покрытиями валы скоро разрушаются в процессе эксплуатации. Основной причиной этому является чрезмерно низкое сопротивление усталости валов после их восстановления различными технологическими способами.
Например, для промежуточного вала КП автомобилей семейства УАЗ наиболее распространённым является разрушение от циклических напряжений, вызываемых кручением. Анализ изломов показал, что разрушение связано с действием дополнительного изгибающего момента [16,25,26,119,135].
На рисунке 1.2 показаны места наибольшей концентрации напряжений у валов - галтели, числовые значения коэффициентов концентрации напряжений при изгибе и кручении (приложение А) [13].
Для образцов ряда конструкционных сталей низкого и среднего легирования, испытываемых на знакопеременное циклическое нагружение, отчетливо выявляются абсолютные пределы выносливости, т. е. такие предельные уровни напряжений, ниже которых усталостные разрушения не наблюдаются при любых или, во всяком случае, очень больших числах циклов [47, 132,133].
Максимальная концентрация напряжений у валов, в процессе эксплуатации приходится на галтельные переходы, шейки, пазы. Кроме этого основными дефектами валов являются: а) износ шеек, овальность и конусность шеек, задиры, риски, вмятины; б) износ посадочных мест под шестерни, шкивы, маховики; в) износ посадочного места нагруженного кольца шарикоподшипника в торцевой части вала. Рассмотрим в качестве примера работу вала наклонного транспортёра самоходного зерноуборочного комбайна на рисунке 1.3. - Наклонный транспортёр самоходного комбайна: 1 - крышка подшипника; 2 - звёздочка; 3 - штырь; 4 - корпус подшипника; 5 - косынка наклонной части; 6- втулка; 7 и 8 - обечайки; 9 - шкив; 10 - диск зубчатый; 11 - пружина; 12 - замочная шайба; 13 - гайка;14 - вал; 15 - шайба; 16 - втулка муфты; 17 - диск с пальцами; 18, 19 - звёздочки транспортёра; 20 - шайба упорная; 21 - упорное кольцо
В процессе эксплуатации на выносливость деталей типа «вал» оказывают многие факторы, такие как: характеристики циклов механических напряжений, абсолютные размеры поперечного сечения (масштабный фактор), остаточные напряжения, состояние поверхности, и, как правило, рабочие нагрузки (напряжения) в деталях машин могут носить случайный характер или изменяться по определённому закону [73, 115]. Рассмотрим ещё два примера: вал молотильного аппарата (рисунок 1.4).
Вал барабана установлен на двухрядных сферических шариковых подшипниках. Правый подшипник (усиленный) укреплён на кронштейне. Он вынесен от панели, чтобы уменьшить расстояние от опоры до приводного шкива. Рисунок 1.4 - Разрез молотильного аппарата комбайна: 1 - вал барабана; 2 - крайний круг; 3 - средний круг; 4 - планка барабана; 5, 25 - зубья;6 - шина барабана; 7 - дополнительные планки; 9 - клиновая шпонка; 10 - планка барабана; 11 - шкив барабана; 12 - призматическая шпонка; 13 - обшивка шкива; 14 - звёздочка барабана; 15 - призматиче ская шпонка; 16 - подшипник качения; 17 - корпус подшипника качения; 18, 19 - крепёжные стойки; 20 - косынка; 21 - тавотница; 22 - корпус поддона; 23 - упор; 24 - поддерживающий ролик; 26 - решето
Существует большой перечень деталей, применяемых в сельскохозяйственной, промышленной технике, длины которых являются больше 10 диаметров валов, такие валы называют длинномерными. Проблема упрочнения
длинномерных валов до настоящего времени является малоисследованной, между тем значительная доля подобных деталей нашла применение в узлах машин и механизмов [29,55 110].
В практике эксплуатации комбайнов наблюдаются случаи наматывания стеблей на ведущий (верхний) вал плавающего транспортёра. При перегрузках комбайна и неравномерной подаче массы, деталь испытывает пиковые нагрузки на местах посадок подшипников, звёздочек, в переходах [4, 62].
1 - вал барабана; 2 - шариковый подшипник вала барабана; 3 - бичи; 4 - болты бичей; 5 - диск барабана; 6 - корпус подшипника; 7 - приводной шкив; 9 - скоба, фиксирующая гайку; 10 - средняя крестовина барабана; 11 - гайка; 12 - побитные планки; 14 - приводная звёздочка
Вал барабана вращается в шариковых подшипниках (2) с затяжными втулками, что обеспечивает его надёжное крепление, и устраняет возможность осевого смещения барабана. Длинномерные валы также применяются в конструкции других машин, например вал прокати о-гибочного стана холодной гибки (рисунок 1.6).
Валы в основном изготавливают из конструкционных и легированных сталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, хорошей обрабатываемости, малой чувствительности к концентрации напряжений, а также повышенной износостойкости. Этим требованиям, в определенной степени, отвечают, стали марок 35, 40, 45, 40Г, 40Х и др. Достаточно редко валы отливают из чугуна. В технических требованиях на изготовление валов, прежде всего, указываются твердость материала или необходимость соответствующей термической обработки. Если твердость не превышает НВ 200...250 ед., то заготовки подвергают нормализации, отжигу или термически не обрабатывают. Рассмотрим рисунок 1.6.
Для увеличения износостойкости валов повышают твердость их рабочих поверхностей, например вал прокатно-гибочного стана, но его геометрические размеры ограничивают спектр применяемых технологий из за опасности коробления. Поверхности валов из низкоуглеродистых марок стали, подвергают цементации на глубину 0,7...1,5 мм с последующей закалкой и отпуском, с достижением твердости HRC 46...48 [8, 14, 19]. Расширенная номенклатура деталей, рекомендуемых к обработке ЭМУ, приведена в приложении Б.
Наплавка является одним из наиболее распространённых способов повышения долговечности поверхности деталей. Наиболее распространённой и простой в эксплуатации и обслуживании является одноэлектродная наплавка различных видов.
Одним из самых распространённых способов наплавки, является наплавка в среде углекислого газа.
Она осуществляется плавящимся электродом в условиях газового потока со стороны подачи электродной проволоки (наплавочного материала), что обеспечивает защиту зоны дуги от окружающего воздуха и технологически очень проста. В качестве защитного газа используется углекислый газ - С02, хотя в последнее время распространяется практика наплавки с применением аргона и инертных газов. Основное преимущество наплавки в среде СО2 — возможность высокой производительности процесса за счёт осуществления его в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Но существует ряд недостатков технологии, это, прежде всего повышенная задымленность, сопровождающая процесс, а также оплавление приварочного материала.
Это позволяет применять технологию лишь в ремонтных мастерских оснащёнными специальными рабочими местами [46, 57, 59 ,145].
Обоснование расчёта площади пятна контакта инструмента с внешней поверхностью вала
При расчете площади пятна контакта инструмента с деталью принимались посылки о том, что пятно контакта есть плоская фигура - окружность, эллипс, в зависимости от формы обрабатываемой детали- и обрабатывающего инструмента. Площадь пятна контакта определялась по формулам площадей плоских фигур. Использование этих формул для нашего случая ЭМУ с использованием трехфазного тока тел вращения - валов, может быть упрощено рассмотрением контакта сферической поверхности с полубесконечным телом.
В общем случае пятно контакта недеформируемого инструмента с пластичной поверхностью представляют собой пространственную фигуру, образованную на инструменте (торе, цилиндре, шаре) пересечением пластичной поверхности детали - чаще всего цилиндра. Поэтому для нахождения площади пятна контакта необходимо решать задачу о пересечении двух пространственных фигур. При электромеханической обработке наиболее часто применяется двухрадиусный инструмент, рабочая поверхность которого представляет собой поверхность тора. Исходя из вышесказанного, ясно, что наиболее общим случаем контакта инструмента с деталью является задача о пересечении полубесконечного тела с тором одновременно по всей длине.
Рассмотрим поверхность контакта плоскости и ролика в виде тора. Рассмотрим поверхность контакта цилиндрического вала и ролика в виде тора по внешней поверхности цилиндра.
Уравнение поверхности тора, внедряемой в цилиндрический вал, в декартовой системе координат запишется
Расчетная схема к определению площади пятна контакта: а - координата центра окружности по оси ox; b - радиус окружности детали, мм; 8 = R + b - оа- суммарная величина внедрения инструмента в деталь, мм; сі] - угол пластической деформации, град; ( - угол упругой деформации, град; г-радиус части тора, внедрённого в деталь, мм; R-радиус тора, мм.
Уравнение окружности сечения цилиндра в декартовой системе координат запишется следующим образом
Таким образом, общая площадь контакта составляет сумму площадей в зонах пластической и упругой деформациях обрабатываемой детали и инструмента в виде тора. Эти формулы позволяют нам более точно подобрать режимы процесса, такие как: скорость вращения детали v, величину подачи обрабатывающего инструмента S. 2.4 Обоснование сечения токопровода инструментальной оснастки
Для того, чтобы правильно выбрать размеры токоподводящих шин, необходимо произвести дополнительные расчеты, учитывая величину максимального подводимого тока к детали при минимальных затратах на материал (рисунок 2.5).
Если к проводнику приложить разность потенциалов U, то по нему потечет ток /. Согласно закону Ома, ток в металлах пропорционален приложенному напряжению при условии, что температура проводника остается постоянной. Ом определил сопротивление проводника как напряжение, деленное на силу тока, его можно представить в виде s , (2.16) где р - удельное сопротивление проводника, Омм; L - длина проводника, м; S - площадь поперечного сечения, м2;
Каждый раз при столкновении электрона проводимости с атомом он теряет энергию, приобретенную от электрического поля. Эта энергия переходит в хаотическое движение атомов, т.е. в теплоту. Поскольку кинетическая энергия электронов не возрастает, потери энергии вследствие столкновений при прохождении зарядом dq разности потенциалов U записываются в виде
Далее рассмотрим распределение теплоты Q (Дж) по фазам в сферических слоях поверхности упрочняемого металла в зависимости от силы тока / (А).
Используя трёхмерный график изменения мощности в зоне контакта инструмента с деталью (пятна контакта) можно перейти к получению графика выделения джоулева тепла в зоне контакта и учесть, таким образом, второй важный параметр, определяющий результат электромеханической обработки, а именно скорость обработки, т.е. линейного перемещения пятна контакта по поверхности обрабатываемой детали.
Схема электромеханического упрочнения валов с применением трёхфазного тока и ее особенности
Одной из современных тенденций в технологии электромеханического воздействия на рабочие поверхности деталей машин является обработка в многоинструментальных приспособлениях, позволяющих одновременно с повышением производительности труда упростить схему подвода энергии в зону обработки.
Для повышения эффективности процесса предложено электромеханическое упрочнение проводить тремя инструментами, каждый из которых подключен к одной из фаз трехфазного источника тока, например, трёхфазного понижающего трансформатора, образуя с деталью и другими инструментами общую электрическую цепь, причем инструменты движутся одновременно друг за другом вдоль оси в направлении продольной подачи детали.
Сила тока, усилие прижатия инструментов к детали и их подача вдоль оси заготовки вместе со специальным устройством, материал и форма инструментов принимаются исходя из задач и требований технологического процесса. Инструменты должны располагаться на одинаковом расстоянии друг от друга, т.к. их неравномерное расположение может привести к неравномерности электрического сопротивления цепей отдельных фаз и, следовательно, к различной глубине нагрева детали (рисунок 3.6).
Для определения эффективности предлагаемой технологии опытные образцы из стали 45Х диаметром 60... 100 мм обработаны на следующих режимах: скорость обработки заготовки v = 1,8....7,2 м/мин., подача S — 12,5 мм/об., сила тока / во вторичной цепи составляла 1250. ..2650 А, что обеспечивало плотность токау = 3...5 10 3А/мм2.
В качестве обрабатывающих электрод-инструментов были использованы бронзовые ролики диаметром 60 мм с шириной контактной дорожки 4 мм. Этот выбор обусловлен тем, что существует вероятность образования на поверхности детали эффекта наложения или перекрытия соседних треков, приводящему к изменению критической температуры tK, скорости закалки vK и появлению в уже сформировавшемся белом слое областей разупрочнения. Во избежание этого экспериментально установлены вышеуказанные геометрические параметры ширины контактной дорожки и диаметра ролика.
Экспериментально установлено, что оптимальными при трехроликовой электромеханической обработке является подача S = 12,5 мм/об, а усилие прижатия - Р = 250 Н. Качество обработанной поверхности ничем не уступает поверхностям деталей обработанных однофазным способом. Нами экспериментально установлено, что оптимальное сочетание всех вышеуказанных факторов даёт наибольшую глубину белого слоя h = 0,35- 0,36 мм, при параметрах, равным: / = 2650 А (при наличии двух витков вторичной обмотки трансформатора); v - 1,8 м/мин; Р — 250 Н; при средней комнатной температуре t — 23...25 С. На рисунке 3.7 представлен образец вала, упрочнённый электромеханической обработкой с применением трёхфазного тока как с одним витком вторичной обмотки трансформатора, так и с двумя витками. Характерные следы (треки) на поверхностях упрочнённого образца свидетельствуют о том, с какой силой тока было произведено упрочнение. Участок упрочнённого места образца №2, подвергался обработке с большей силой тока, / = 2650 А, при подсоединении двух витков вторичной обмотки трансформатора. Рисунок 3.7 - Вал обработанный ЭМУ с применением трёхфазного тока: 1 - место упрочнения с одним витком вторичной обмотки, /= 1950 А; 2-е двумя витками, / = 2650 А;
Время проведения эксперимента ЭМУ с применением трёхфазного тока в сравнении со временем упрочнения однофазным методом значительно сократилось, следовательно, производительность возросла, кроме того, здесь отсутствует перекос фаз питающей электрической сети, который имеет место у однофазной технологии.
Таким образом, при применении способа, обработки деталей машин трехфазным током повышается производительность метода, снижаются потери электрической энергии при выполнении технологической операции, практически устраняется перекос фаз, в целом повышается эффективность всего процесса ЭМУ с применением трёхфазного тока.
Исследования проводились при обработке деталей диаметром 60... 100 мм на токарно-винторезном станке 1К62 приспособлением с тремя равномерно расположенными телескопическими державками. Рабочими инстру-ментами являлись бронзовые ролики (материал БрХ— 1,5, R = 30 мм, b = 3,5 мм). Детали предварительно обрабатывались проходным резцом {а= 8, у= 0, і \ (р = 45, г = 0,5мм) при чистовом точении (S = 0,07мм/об). х і
Для проведения исследований процесса электромеханического упрочнения валов с применением трёхфазного тока была собрана установка, состоящая из токарно-винторезного станка 1К62, трехфазного трансформатора мощностью 22 кВт, токоподводящих шин, трёхроликовой державки, с упрочняющими роликами.
Параметры вторичной цепи рабочего контура контролировались измерительным комплектом К-50, а также цифровым мультиметром М-266. Высокоточный измерительный комплекс К-50, позволяет контролировать силу тока, напряжение и активную мощность в первичной цепи источника тока. Полная мощность определялась расчётным путём.
Влияние параметров электромеханического упрочнения с использованием трёхфазного тока на глубину и твёрдость упрочнённого слоя
Физико-механические свойства и, прежде всего твёрдость, оказывают решающее влияние на важнейшие физико-механические и качественные показатели деталей, поэтому необходимо исследовать твёрдость и характер её изменения по глубине после трёхфазного электромеханического упрочнения. Предварительно были выбраны граничные условия изменения параметров упрочнения, которые обусловлены с одной стороны технологическими возможностями оснастки, стойкостью инструмента, и физическими характеристиками обрабатываемого материала с другой.
Так, например: предельное значение силы электрического тока ограничивалось мощностью трёхфазного понижающего трансформатора.
Скорость обработки, а точнее её минимальная величина ограничена минимальной частотой вращения шпинделя токарного станка, на котором производилась обработка. Давление и подача инструмента и пределы их варьирования были выбраны исходя из наиболее распространённых аналогичных параметров, с которыми производится обычное электромеханическое упрочнение. Данные замеров эксперимента электромеханического упрочнения валов трёхфазным током приведены в табличном виде.
Сила тока / (А) замерена по каждой из фаз в отдельности, затем подсчитаны её средние значения по трём фазам и средняя величина силы тока из трёх фаз для каждого эксперимента в отдельности, при соответствующих значениях скоростях обработки валов v (м/мин), что способствовало формированию различной глубины «светлого слоя» А (мм).
Ниже приведены данные режимов многофакторного эксперимента (таблица 4.1).
Данное уравнение позволяет определить степень влияния каждого фактора в отдельности на параметр оптимизации. Информационная ценность полученной модели уравнения заключается в окончательном обосновании факторов, влияющих на формирование глубины упрочнённого слоя на поверхности вала. Далее, проведя преобразование, имеем уравнение регрессии влияния силы тока и скорости обработки вала на глубину формирования «светлого слоя» в натуральных значениях: А = 0,0393 +0,000129 7-0,0111
Уравнение регрессии в натуральных значениях можно использовать в практических целях, определяя искомую величину. Графическое описание взаимодействия вышеуказанных факторов уравнения регрессии представлено ниже. Существенная роль в процессе усталостного разрушения отводится поверхностному слою материала, в связи, с чем упрочняющая обработка поверхности способна в значительной мере увеличить усталостную прочность материала.
Исходное структурное состояние материала, определяемое режимами термической обработки, оказывает доминирующее влияние на усталостную прочность образцов, упрочнённых ЭМУ с применением трёхфазного тока.
Как показывают результаты экспериментов, глубина формирования «светлого слоя» при ЭМУ с применением трёхфазного тока в основном определяется, скоростью обработки и силой тока. Формирование «светлого слоя» на поверхности образца происходит лишь при наличии одновременного присутствия нескольких факторов, а именно: при подводе определённого количества энергии, необходимой для осуществления фазовых превращений; скорости обработки детали; определённого механического усилия, необходимого для воздействия на поверхность металла с целью придания заданных свойств, подачи обрабатывающего инструмента. При увеличении силы тока, и, следовательно, и количества подводимой энергии, глубина «светлого слоя» будет непрерывно изменяться, в зависимости от сочетания основных, влияющих на неё факторов. Влияние основных факторов (силы тока, скорости обработки детали) на глубину формирования «светлого слоя» при ЭМУ с применением трехфазного тока, представлено ниже (рисунок 4.5).
Здесь представлено семейство кривых зависимости глубины упрочнения поверхностного слоя от основных влияющих на неё факторов, а именно: силы тока / и скорости вращения детали v. Анализируя рисунок 4.5, можно прийти к выводу, что глубина упрочненного слоя достигает своего максимального значения при определённых параметрах взаимовлияющих факторов: максимальной силы тока и минимальной скорости обработки детали. Однако, из рисунка видно, что достаточно высокие значения глубины упрочнения сохраняются и при незначительных изменениях влияющих факторов без потери качества обработки.
Этот факт наглядно подтверждает высказанное нами ранее предположение о наилучшей приемлемости метода ЭМУ с применением трёхфазного тока для упрочнения длинномерных валов в сравнении с предыдущими аналогами способа.
Оптимальное сочетание всех вышеуказанных факторов даёт наибольшую глубину светлого слоя А = 0,36 мм, при следующих параметрах: / = 2650 А; 1) = 1,8 м/мин. При постоянной Р = 250 Н, постоянной скорости поперечного перемещения суппорта S= 12,5 мм/об.
Как уже было замечено выше, при незначительных изменениях силы тока и скорости вращения детали наблюдается достаточно высокие показатели глубины упрочнения, это можно объяснить высокой теплоёмкостью детали и допустимыми расхождениями параметров, не влияющих на суть процесса.
Формирование «светлого слоя» связано с проникновением в глубь металла тепловой энергии и созданием условий протекания фазовых превращений в более глубоком объёме приповерхностных слоев (рисунок 4.6).
