УДК 621.923 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОФИЛЬНОГО
advertisement
УДК 621.923 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОФИЛЬНОГО ШЛИФОВАНИЯ О.В. Родионова Самарский государственный технический университет В статье приведены результаты компьютерного моделирования процесса шлифования дорожки качения кольца подшипника на жестких опорах в программном пакете ANSYS 13.0. Установлено влияние величины остаточных напряжений на отклонение от круглости профиля дорожки качения кольца подшипника. Ключевые слова: компьютерное моделирование, процесс шлифования, программный пакет ANSYS 13.0, остаточные напряжения, отклонение от круглости профиля. Поверхность при профильном шлифовании образуется в результате одновременного действия геометрических факторов и пластических деформаций, сопровождающих процесс шлифования, который представляет собой сумму процессов микрорезания отдельных зерен абразива, скрепленных между собой связкой в режущий инструмент. Основная механическая характеристика процесса – сила резания. Вертикальная компонента силы Ру необходима для обеспечения внедрения зерна в сопротивляющийся материал, горизонтальная Рz – для взаимного перемещения круга и детали. Под действием сил резания происходит упрогопластическая деформация поверхностных слоев обрабатываемого материала, которая приводит к изменению формы зерен и их ориентации, образованию текстуры, появлению остаточных напряжений, развитию внутри- и межкристаллических повреждений, изменениям физических и механических свойств поверхностного слоя и появлению наклепа. В связи с тем, что операция шлифования выполняется на заключительной стадии процесса изготовления колец подшипников, то от того, какие при этом возникнут остаточные напряжения, зависит пространственная геометрическая точность изделия, а также его эксплуатационные свойства. Для теоретических исследований влияния остаточных напряжений на параметры качества обработанной поверхности, при профильном шлифовании дорожки качения колец подшипников, использовались компьютерные технологии программный пакет ANSYS 13.0, основанный на методе конечных элементов. Для данных целей была создана математическая модель процесса шлифования, в которой взаимодействие шлифовального круга с обрабатываемой поверхностью было заменено на возникающие при этом силы резания (рис.1). Рис. 1. Схема математической модели обработки дорожки качения внутреннего кольца подшипника. Угол α – настраиваемый угол между опорой и горизонтальной осью кольца (5 -20°), угол β – фиксированный угол между опорами. На основании математической модели процесса шлифования дорожки качения колец подшипников была построена конечно-элементная модель (рис. 2). Решались две задачи по определению деформаций при профильном шлифовании дорожки качения внутреннего кольца подшипника. Решение первой задачи заключалось в наложении силовой нагрузки на обрабатываемую поверхность при разных вариантах положения жестких опор (угол α может быть равен 5, 10, 15 и 20°). В 122 результате решения были получены изолинии радиальных перемещений по оси Х и изолинии остаточных напряжений для каждого из вариантов положения опор при черновых и чистовых режимах шлифования (рис. 3). условий процесса шлифования дорожки качения, т. е. соотношения величин напряжений и отклонений от круглости, следует применять наладку жестких опор при угле α=10-15° (рис. № 4). а Рис. 2. Конечно-элементная модель в программном пакете ANSYS 13.0. Решение второй задачи заключалось в наложении силовой нагрузки на обрабатываемую поверхность для различных поперечных подач равных S2=0.15;0.3;0.45,0,6 мм/мин для каждого из вариантов положения жестких опор. В результате решения были также получены изолинии радиальных перемещений по оси Х и изолинии остаточных напряжений (рис.3). На основе теоретических исследований, полученных в программном пакете ANSYS, построены графики зависимости величины остаточных напряжений от положения жестких опор и значения поперечной подачи, а также графики зависимости величины отклонения от круглости профиля дорожки качения от положения жестких опор и значения поперечной подачи (рис. 4). Исследованиями установлено, что увеличение врезной подачи при шлифовании приводит к увеличению отклонения от круглости профиля дорожки качения, а значит и к увеличению деформации упругой системы. Повышенное трение приводит к увеличению остаточных напряжений. Поэтому для достижения оптимальных б Рис. 3. а) Изолинии радиальных перемещений по оси Х при угле α=10°,черновые режимы шлифования; б) Изолинии остаточных напряжений при угле α=10°, черновые режимы шлифования. Вывод: В результате моделирования процесса шлифования дорожки качения внутренних колец подшипников в программном комплексе ANSYS было выявлено, что при увеличении угла положения жестких опор и поперечной подачи остаточные напряжения увеличиваются, и увеличивается отклонение от круглости обработанной поверхности. 123 а) б) Рис. 4. а) Зависимость величины остаточных напряжений от положения жестких опор; б) Зависимость величины отклонения от круглости профиля дорожки качения от положения жестких опор. Cписок литературы 1. Абразивная и алмазная обработка материалов: справочник/ под ред. А.Н. Резникова. Москва: Машиностроение, 1977. C.391. 2. Капанец Э.Ф., Кузьмич К.К., Прибыльский В.И., Тилигузов Г.В. Точность обработки при шлифовании/ Э.Ф. Капанец, К.К. Кузьмич, В.И. Прибыльский, Г.В. Тилигузов. Мн.: Наука и техника, 1987. С. 152. 3. Чигарев, А.В., Кравчук, А.С., Смалюк, А.Ф. ANSYS для инженеров: справ. пособие./ А.В. Чигарев, А.С. Кравчук, А.Ф. Смалюк. Москва: Машиностроение-1, 2004. С. 512. SIMULATION OF THE FORM GRINDING PROCESS O.V. Rodionova Samara State Technical University The article presents the results of computer simulation of the process of grinding of the raceways of the bearing rings on the rigid support in the software package ANSYS 13.0. The influence of residual stresses on the deviation from roundness of the bearing ring raceways’ profile is calculated. Keywords: computer simulation, the grinding process, the software package ANSYS 13.0, residual stresses, the deviation from roundness of the profile. 124
