Моделювання якісних характеристик на фінішних операціях деталей за показниками вібростійкості
DOI:
https://doi.org/10.15276/opu.1.71.2025.01Ключові слова:
фінішні операції, якість поверхні, вібростійкість, амплітуда, період коливаньАнотація
Розглядається визначення якісних характеристик оброблюваних поверхонь деталей на фінішних операціях за показниками вібростійкості елементів системи «верстат − пристосування − інструмент − деталь». Поверхня деталі після обробки на фінішних операціях не є гладкою, а завжди має мікроскопічні нерівності, що формують шорсткість та мікродефекти. На операціях, що передують шліфуванню, шорсткість обробленої поверхні впливає на концентрацію напружень, вібраційну активність та утворення теплових дефектів, які під дією термомеханічних явищ, що супроводжують фінішні операції, формують на оброблюваних поверхнях припіки, тріщини та сколи. Процес різання супроводжується інтенсивною вібрацією інструмента, деталі, самого верстата та стружки, що знімається. Поставлена задача та наведений її розв’язок спрямовані на дослідження коливань оброблюваної поверхні деталі під дією сили різання. Результати розрахунків дозволяють оцінити за збігом амплітуд та періоду коливань вібростійкість усієї системи «верстат − пристосування − інструмент − деталь». Запропонований метод визначення зони резонансів силових коливань системи «верстат − пристосування − інструмент − деталь» дає можливість керувати процесом шліфування за умови застосування конкретного інструменту. Це управління здійснюється шляхом вибору швидкостей різання, призначення оптимальних глибин різання або підбору маси оброблюваної деталі. Наведений метод рекомендовано для впровадження у практику оптимальних технологічних процесів шліфування матеріалів, схильних до утворення теплових дефектів. Експериментальна перевірка моделі проведена на деталях зі сталей 102Cr6, X12CrNiTi18-9 та титанових сплавів, що підтверджує точність прогнозування вібростійкості з відхиленнями менше 10 %. Отримані результати дозволили розробити рекомендації щодо вибору режимів і параметрів шліфування, конструкції кріплення та інструменту, що забезпечують стабільність процесу і зменшують утворення теплових і вібраційних дефектів.
Завантаження
Посилання
Dobrocký, D., Studený, Z., Pokorný, Z., Joska, Z., & Faltejsek, P. (2019). Assessment of surface structure of machined surfaces. Manufacturing Technology, 19(4), 563–572. DOI: https://doi.org/10.21062/UJEP/335.2019/A/1213-2489/MT/19/4/563.
Richert, M., Dudek, M., & Sala, D. (2024). Surface Quality as a Factor Affecting the Functionality of Products Manufactured with Metal and 3D Printing Technologies. Materials, 17(21). DOI: https://doi.org/10.3390/MA17215371.
Aslan, D., & Budak, E. (2015). Surface roughness and thermo-mechanical force modeling for grinding operations with regular and circumferentially grooved wheels. Journal of Materials Processing Technology, 223, 75–90. DOI: https://doi.org/10.1016/J.JMATPROTEC.2015.03.023.
Gao, Y., Huang, X., Lin, M. J., Wang, Z. G., & Sun, R. L. (2014). Analysis and prediction of surface integrity in machining: A review. Applied Mechanics and Materials, 610, 1002–1020. DOI: https://doi.org/10.4028/WWW.SCIENTIFIC.NET/AMM.610.1002.
Mitsyk, A., Fedorovich, V., & Grabchenko, A. (2021). Interaction of the abrasive medium with the treated surface and the process of metal removal during vibration treatment in the presence of a chemically active solution. Cutting & Tools in Technological System, 94, 42–48. DOI: https://doi.org/10.20998/2078-7405.2021.94.05.
Toan, N. K., & Mezin, N. (2019). Study of the Efficiency of Ultrasonic Turning of Heat-Resistant Alloys with Tools from Mineral Ceramics. MATEC Web of Conferences, 297, 01011. DOI: https://doi.org/10.1051/MATECCONF/201929701011.
Clough, R. W., & Johnson, C. P. (1968). A finite element approximation for the analysis of thin shells. International Journal of Solids and Structures, 4(1), 43–60. DOI: https://doi.org/10.1016/0020-7683(68)90032-2.
Gurey, V. I. (2020). Simulation of amplitude-frequency characteristics of friction strengthening process of flat machine parts’ surfaces. Bulletin of the National Technical University «KhPI» Series: Dynamics and Strength of Machines, 2, 30–35. DOI: https://doi.org/10.20998/2078-9130.2020.2.219636.
Serenko, O. M. & Zakharova, I. V. (2021). Detection of residual stresses in coatings obtained by the method of arc metallization with a pulsating spraying flow. Science and Transport Progress, 5(89), 93–104. DOI: https://doi.org/10.15802/stp2020/217611.
Strelchuk, R. M., & Trokhimchuk, S. M. (2021). Mathematical modeling of the surface roughness of the grinding wheel during straightening. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 1, 53–59. DOI: https://doi.org/10.33271/NVNGU/2021-1/053.
Yakimov, O., Bovnegra, L., Uminsky, S., Tonkonogyi, V., & Shichireva, Y. (2020). Wear grinding wheels with precise working surface. Cutting & Tools in Technological System, 92, 197–207. DOI: https://doi.org/10.20998/2078-7405.2020.92.21.
Usov, А., Kunitsyn, M., Klymenko, D., & Davydiuk, V. (2022). Modeling the effect of stochastic defects formed in products during machining on the loss of their functional dependencies. Proceedings of Odessa Polytechnic University, 1(65), 16–29. DOI: https://doi.org/10.15276/opu.1.65.2022.02.
Yakimov, O., Zadorozhko, G., Bovnegra, L., Beznos, S., & Balan, V. (2018). Possible ways to reduce the cost of grinding process of products with intermittent circles. Proceedings of Odessa Polytechnic University, 1(54), 36–45. DOI: https://doi.org/10.15276/opu.1.54.2018.05.
Uminsky, S., Yakimov, O., Bovnegra, L., Klimenko, N., & Balan, V. (2018). About effective use of wheels with intermittent work surface. Proceedings of Odessa Polytechnic University, 2(55), 19–27. DOI: https://doi.org/10.15276/opu.2.55.2018.02.
Usov, A. V., & Yakimov, A. A. (2014). Parametric resonances arising from the piecewise constant excitation of elastic system of the grinding machine. Proceedings of Odessa Polytechnic University, 1(43), 60–68. DOI: https://doi.org/10.15276/opu.1.43.2014.11.
Pyzsov, I., Fedorovich, V., & Voloshkina, I. (2020). The peculiarities of setting the grinding coefficient in the processing of polycrystalline superhard materials. Cutting & Tools in Technological System, 92, 170–178. DOI: https://doi.org/10.20998/2078-7405.2020.92.18.
Rudyk, A. V., Chupryna, V. M., Pasov, G. V., & Venzhega, V. I. (2020). Methods for determining the efficiency of the grinding process. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 5, 95–100. DOI: https://doi.org/10.33271/NVNGU/2020-5/095.
Dyadya, S., Kozlova, О., Kushnir, E., & Karamushka, D. (2023). Research of oscillations during end-milling and their influence on the formation of the machined surface. Innovative Materials and Technologies in Metallurgy and Mechanical Engineering, 2, 71–77. DOI: https://doi.org/10.15588/1607-6885-2022-2-12.
Oleksik, M., Dobrotă, D., Tomescu, M., & Petrescu, V. (2021). Improving the performance of steel machining processes through cutting by vibration control. Materials, 14(19). DOI: https://doi.org/10.3390/MA14195712.
Zagórski, K., Kudelski, R., & Cieślik, J. (2020). Research on the possibilities of improving the surface quality by using vibrations of a turning tool. AIP Conference Proceedings, 2239. DOI: https://doi.org/10.1063/5.0008410.
Boley, B. A., & Weiner, J. H. (2012). Theory of thermal stresses. Courier Corporation.
Rysiński, J., Drobina, R., & Tomaszewski, J. (2017). Probability of the critical length of a fatigue crack occurring at the tooth foot of cylindrical geared wheels of the drive system of a fiomax 2000 ring spinner. Fibres and Textiles in Eastern Europe, 25, 134–144. DOI: https://doi.org/10.5604/12303666.1227895.
Mabrouki, T., Hamdi, H., & Salvatore, F. (2017). Analytical modelling of material removal process in the case of orthogonal cutting and worn tools. International Journal of Machining and Machinability of Materials, 19(6), 570. DOI: https://doi.org/10.1504/IJMMM.2017.10009890.
Moreno, E., Cobo, A., Palomo, G., & González, M. N. (2014). Mathematical models to predict the mechanical behavior of reinforcements depending on their degree of corrosion and the diameter of the rebars. Construction and Building Materials, 61, 156–163. DOI: https://doi.org/10.1016/J.CONBUILDMAT.2014.03.003.
Le Dref, J., Landon, Y., Dessein, G., & Espinosa, C. (2016). Modelling kinematics and cutting forces in vibration assisted drilling. Mechanics and Industry, 17(3). DOI: https://doi.org/10.1051/MECA/2015078.
Oniţă, G. V., & Brîndaşu, P. D. (2014). Experimental study of vibrations in face milling cutting. Applied Mechanics and Materials, 657, 68–72. DOI: https://doi.org/10.4028/WWW.SCIENTIFIC.NET/AMM.657.68.
Zrazhevsky, G., & Zrazhevska, V. (2016). Obtaining and investigation of the integral representation of solution and boundary integral equation for the non-stationary problem of thermal conductivity. EUREKA: Physics and Engineering, 6, 53–58. DOI: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2016.00216.
Oborsky, G. A., Dashchenko, A. F., Usov, A. V., & Dmitrishin, D. V. (2013). Modeling of systems. Odessa: Astroprint.
Burek, J., Flejszar, R., & Jamuła, B. (2019). Numerical simulation of cutting layer in internal corners milling. Mechanik, 7, 412–414. DOI: https://doi.org/10.17814/MECHANIK.2019.7.46.
Biró, I., Czampa, M., & Szalay, T. (2015). Experimental model for the main cutting force in face milling of a high strength structural steel. Periodica Polytechnica Mechanical Engineering, 59(1), 16–22. DOI: https://doi.org/10.3311/PPME.7516.
Mileșan, M., Gîrdu, C. C., Cîrtînă, L., & Rădulescu, C. (2020). Mathematical modelling study of Hardox400 steel parts’ roughness and hardness, cut with CO2 laser. Strojniski Vestnik/Journal of Mechanical Engineering, 66(2), 127–141.
Bechcinski, G., Ewad, H., Tsiakoumis, V., Pawlowski, W., Kepczak, N., McMillan, A., & Batako, A. D. L. (2018). A Model and Application of Vibratory Surface Grinding. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 140(10). DOI: https://doi.org/10.1115/1.4040725.
