УДК621,787А

нению с базовым вариантом (БелАЗ-7523) его теплоотдача с поверхности единичной площади на 60 % больше. Следует отметить, что при повышении аэродинамического сопротивления предлагаемой конструкции снижается частота вращения крыльчатки вентилятора, когда энергии создаваемого пото­

ка воздуха (до

^

к г/(м ^»с) недостаточно для эффективного омыва- ния охлаждающей поверхности радиатора.

Комплексная оценка качества радиатора может быть проведена по пока­

зателям его теплоотдачи, а энергоемкость системы охлаждения оценивается по энергетическому критерию.

В табл. 1 приведены основные характеристики радиаторов, рассчитанные по [3 —6] и результатам экспериментов. Из этих данных следует, что по компактности и относительной теплоотдаче радиатор БПИ уступает серийно выпускаемым образцам ЗИЛ-130 и ВАЗ-2108.

Оценка эффективности радиаторов по энергетическому критерию, к ото­

рый представляет собой отношение теплоотдачи поверхности к мощности, не­

обходимой для создания потоков теплоносителей, показывает, что предлагае­

мый радиатор уступает только радиатору автомобиля ЗИЛ-130. ’

^Анализ конструкции радиатора БПИ, методов его изготовления и сборки сердцевины показал, что применение таких радиаторов позволяет снизить металлоемкость изделий и себестоимость их изготовления.

ЛИ ТЕ РА ТУРА

1, Б у р к о в В.В. Алюминиевые теплообменники сельскохозяйственных и трактор­

ных машин. - М., 1985. - 239 с. 2. Г у б с к и й А.Г., С у ш к о А .А . Стенд для исследо­

вания систем теплообмена моторно-силовых установок // Конструирование и эксплуата­

ция автомобилей и тракторов. - Мн., 1986. - Вып. 1. - С. 71-73. 3. Исследование радиа­

торов системы охлаждения автосамосвала БелАЗ-548; Техн. отчет № 11/82. - М., 1973. - 64 с. 4. Б у р к о в В.В., И н д е й к и н А.И. Автотракторные радиаторы. - Л., 1978. - 216 с. 5. К р и г е р А.М., Д и с к и н М.Е., Н о в е н н и к о в А .Л., П и к у с В.И. Жид­

костное охлаждение автомобильных двигателей. - М., 1985. - 176 с. 6. Б а р у н В.Н., Д е у л и н К. Н . , Б у р к о в В.В. Теплогидродинамические характеристики автотрактор­

ных алюминиевых теплообменников с оребрением, вьшолненным нарезкой и отгибкой //

Техн. пробл. повышения эффективности применения мощных колесных тракторов в РСФСР. - Л., 1984. - С. 39-48.

стали 20, предварительно согнутый в кольцо на специальном штампе. Анализи­

ровалось течение металла и степень деформации кольца по сечению в различ­

ные моменты раскатки, которая оценивалась по изменению формы и разме­

ров ячеек координатной сетки, предварительно нанесенной резцом на сечение заготовки. Координатная сетка в зонах сечения, контактирующих с раскатным роликом и полостью матрицы, т.е. в периферийных областях сечения кольца, была искажена больше, чем в центральной зоне. Это указывает на различные условия деформирования материала в отмеченных областях.

Кольца, полученные после раскатки, были подвергнуты металлографичес­

ким исследованиям: анализировалось распределение микротвердости по сече­

нию кольца с использованием прибора ПМТ-3.

Различие условий деформирования материала в центральной и периферий­

ной зонах сечения заготовки приводит к различию его микротвердости в ука­

занных зонах. Бы ло выявлено, что микротвердость поверхностных слоев кольца, контактирующих с роликом и матрицей, незначительно больше, чем в средней части сечения.

Результаты проведенных исследований показали разнонаправленный де­

формационный характер формообразования деталей при холодной торцовой раскатке. Незначительное упрочнение кольца на поверхности и по сечению и, следовательно, небольшая степень деформации материала позволяют сделать вывод о том, что круглы й пруток является оптимальной исходной заготовкой для получения деталей типа колец методом торцовой раскатки. При использо­

вании прутка имеют место сравнительно небольшие усилия раскатки и распор­

ные усилия, возникающие в полости матрицы, непосредственно влияющие на ее стойкость.

Д ля выявления точности метода торцовой раскатки были проведены ис­

следования распределения размеров колец. Предварительные измерения пара­

метров заготовки (диаметра и длины) показали, что диаметр изменялся в очень узких пределах (порядка 0,01 м м ) , а ширина поля рассеивания значений длины заготовки составляла

6а

= 1,42 мм, что соответствует 14-му квалитету точности.

Раскатка кольцевой заготовки производилась на раскатном устройстве, рабочая полость матрицы которого формирует окончательный размер наруж­

ного диаметра кольца. Необходимая высота кольца обеспечивалась жесткими упорами, ограничивающими ход ползуна с роликовым устройством, а внут­

ренний диаметр кольца определялся свободным пластическим течением метал­

ла заготовки в радиальном направлении.

Исследования проводились на выборке деталей из партии в 100 штук, изготовленных при неизменных настройке раскатного устройства и технологи­

ческих режимах: усилии формообразования 200 кН, рабочей подаче раскатных роликов 0,21 мм/об, частоте вращения шпинделя матрицы 430 об/мин, про­

должительности формообразования 2 с, продолжительности калибрования кольца по высоте 3 с. Параметры колец измерялись с помощью микрометра с ценой деления 0,01 мм в 10 сечениях с последующим усреднением результатов.

С применением методов математической статистики [2 ] были построены эмцирические кривые распределения значений диаметральных размеров и тол­

щины кольца и определены их статистические характеристики: среднеарифме­

тическое значение размеров среднеквадратическое отклонение размеров

X, поле рассеивания размеров 6а. По полученным данным строились теорети­

ческие кривые распределения значений исследуемых размеров. Оценка соот­

ветствия эмпирического распределения теоретическому осуществлялась с по­

мощью критерия Пирсона > на основании которой было сделано заключение, что измерение всех исследуемых параметров соответствует нормальному за­

кону распределения (закону Г а у сса ).

Точность параметров оценивалась на основании сравнения поля рассеива­

ния 6а и поля допуска на обработку 5 по коэффициенту точности - 6а/б.

Анализ полученных данных показал, что рассеивание значений толщины кольца 6а = 0,064 мм соответствует 10-му квалитету точности, = 0,4; на­

ружного диаметра 6а = 0,08 мм — 8-му квалитету точности, /:^ = 0,15; внут­

реннего диаметра 6а = 0,712 м м — 13-му квалитету т о ч н о с т и = 0,51.

Анализ коэффициента показывает высокую точность изготовления к о ­ лец из прутка методом холодной торцовой раскатки, так как д ля ^ сех иссле­

дуемых параметров он меньше единицы,

^Достигаемая точность колец по толщине и наружному диаметру обеспе­

чивается конструкцией раскатного устройства и зависит от упругих свойств раскатываемого материала.

В конструкции матрицы предусмотрено свободное течение металла в сто­

рону уменьшения внутреннего диаметра кольца, т.е. внутренний диаметр к о ль ­ ца не формируется рабочей полостью матрицы и зависит лишь от параметров заготовки (диаметра и длины ). Такое конструктивное решение вызвано не­

обходимостью компенсировать погрешности резки заготовки. Так как ширина поля рассеивания значений диаметра заготовки практически равна нулю (пруток холоднотянуты й), на ш ирш у поля рассеивания значений внут­

реннего диаметра кольца влияет лишь поле рассеивания значений длины за­

готовки. Значит, существует корреляционная связь между длиной заготовки

L

и внутренним диаметром кольца Наличием фаски со стороны внутрен­

него диаметра кольца объясняется влияние изменения длины заготовки на указанный диаметр.

Близость абсолютного значения коэффициента корреляции ( г _ = 0,991) К единице указывает на тесную прямолинейную корреляционную зависи­

мость между X (внутренним диаметром кольца и у (длиной заготовки

L

).

Корреляционная связь между и

L

описывается уравнением І7зн = 295,6015 -0 ,5 0 9 9 1 .

Точностью колец, полученных раскатным способом, подтверждается воз­

можность применения холодной раскатки для получения деталей типа колец в машиностроении и реализация в наибольшей степени технологических пре­

имуществ безотходных методов изготовления деталей.

ЛИ ТЕ РАТУРА

І . Д р о б й н й н В.В., Е й к а л и с Л .Г,, Б у г а е в А.А . Изготовление деталей да­

вильно-раскатным методом // Машиностроение. - Мн., 1986. - Вып. 11. - С. 71-73.

УДК 621.923.9

О.И. АВСЕЕВИЧ, Ю.В. СИНЬКЕВИЧ, Е.Я. ГОЛО В КИ Н А, С.Н. ТЕРЕХОВ, С.И. РОМАНЧУК РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ПАРОГАЗОВОЙ ОБОЛОЧКИ ПРИ

ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОМ ПОЛИРОВАНИИ М ЕТАЛЛО В

Характерной особенностью электроимпульсного полирования металлов в электролите является наличие ок оло обрабатываемой поверхности детали (анода) динамически устойчивой парогазовой оболочки, которая возникает вследствие интенсивного протекания электролитических процессов и вскипа­

ния электролита под действием высокого напряжения и значительной плот­

ности тока. Парогазовая оболочка по сравнению с электролитом имеет повы­

шенное электрическое сопротивление. Поэтому благодаря высокой электро­

проводности электролита напряженность электрического поля в парогазовой оболочке достигает 10^...10® В/м. За счет высокой концентрации электричес­

кой энергии в парогазовой оболочке обеспечивается ее стабильность.

В парогазовой оболочке протекают интенсивные физико-химические про­

цессы. По анализу экспериментальных данных электроимпульсное полирова­

ние можно представить в виде упрощенной плоской электрогидро динамичес­

кой модели (рис. 1 ), для которой справедливо соотношение

R

» /, где

R —

радиус кривизны обрабатываемой поверхности; / — толщина парога­

зовой оболочки.

Обрабатываемая деталь (анод)

1

отделена от электролита

6

парогазовой оболочкой

4,

На поверхности анода в результате электрохимического взаимо­

действия материала анода с парогазовой смесью образуется слой 2, состоящий из шламовых продуктов. Напря­

женность электрического поля в па­

рогазовой оболочке определяется по формуле

Е ^ и Ц ,

(1)

где

и -

падение напряжения в паро­

газовой оболочке.

Возникающей электростатичес­

кой пондеромоторной силой электролит втягивается в парогазо­

вую оболочку в области случайных неоднородностей электрического поля с образованием микроскопи­

ческих жидких электролитных мос­

тиков

3.

Последние, замыкая про­

межуток поверхность детали — паро­

газовая оболочка — поверхность электролита при высоком напряже­

нии, взрываются из-за выделяющей- Рис. 1. Модель прианодной зоны в режиме по>

лирования

ся в них тепловой энергии в соответствии с законом Д ж оуля—Ленца. При взрыве мостика в парогазовую оболочку поступают ионы, нейтральные атомы, молекулы воды. В результате микровзрыва электролитного мостика обра­

зуется ударная волна, воздействующая на поверхности анода и электролита.

Под ее действием разрушается слой

2

в непосредственной близости от микро­

взрыва, шламовые продукты удаляются с поверхности анода и поступают в электролит. Возникновение электролитных мостиков наиболее вероятно на выступах микрорельефа поверхности анода из-за повышенной напряженности электрического поля на них. Именно поэтому скорость сглаживания микро­

выступов максимальна в первые минуты полирования. После удаления микро­

выступов происходит равномерное удаление металла со всей полируемой по­

верхности.

Ионы, находящиеся в парогазовой оболочке, бомбардируют поверх­

ность анода с энергией

=ąE\,

где

ą —

заряд иона; X — длина свободного пробега иона.

^ Расчеты показывают, что ионы при режимах, характерных для электро- импульсного полирования, обладают энергией порядка 2,5 ...40 эВ, благода­

ря чему они способны разрушать слой 2, состоящий из шламовых продуктов, а также выбивать из поверхностного слоя анода отдельные атомы. Следова­

тельно, процесс распьшения поверхностных слоев металла анода можно счи­

тать вероятным.

Вьщеляющееся в результате микровзрывов большое количество теплоты, а также конденсация пара в пограничном слое

5

способствуют тому, что электролит со стороны парогазовой оболочки в пограничном слое перегре­

вается.

Известно, что электролиты не имеют свободных электронов, обладают ионной проводимостью и, следовательно, не могут обеспечить эмиссию сво­

бодных электронов, необходимых для поддержания электрического разряда в момент разрушения электролитного мостика. Следовательно, при электро- импульсном полировании искровые разряды возникнуть не могут. Однако в процессе полирования в электролит поступают продукты анодного растворе­

ния — мелкодисперсные частицы углерода, коагулянт оксидов и гидроксидов металла. Представляя собой полупроводниковые соедийения^эти частицы м о­

гут служить центрами эмиссии электронов. Частица шлама, находясь в непо­

средственной близости от парогазовой оболочки, может образовывать допол­

нительный псевдокатод, способный эмиссировать свободные электроны. Па­

дение напряжения между частицей шлама (псевдокатодом) и обрабатываемой поверхностью (анодом) может оказаться достаточным для возникновения искрового разряда. В процессе электроимпульсного полирования наблюдают­

ся яркие микровспышки, которые, по-видимому, и соответствуют искровым разрядам.

Согласно предложенной модели, при электроимпульсном полировании электрический ток в прианодной области протекает от металлического анода к электролитному катоду в результате ионной проводимости парогазовой среды, замыкания парогазовой оболочки электролитными мостиками, а так­

69

же в результате искровых разрядов, возникающих между анодом и частицами шлама. Стационарный и импульсные электрические разряды в парогазовой оболочке на осциллограммах тока и напряжения проявляются в виде постоян­

ной и переменной составляющих.

На интенсивность протекающих в парогазовой оболочке физико-химичес­

ких процессов оказывают влияние ее размеры, которые в свою очередь зави­

сят от технологических режимов обработки. Д ля определения толщины паро­

газовой оболочки систему поверхность детали — парогазовая оболочка — по­

верхность электролита можно рассматривать как конденсатор. При этом сила пондеромоторного взаимодействия поверхности детали с поверхностью- электролита может быть определена по формуле

F = —gradPV,

где Н '— энергия электрического поля в парогазовой оболочке.

В свою очередь энергия электрического поля определяется из соотноше­

ния

W =i^V = c^Al, ( 2 )

где со - плотность энергии электрического поля в парогазовой оболочке;

V

— объем парогазовой оболочки;

А

— площадь обрабатываемой поверхности.

Плотность энергии электрического поля связана с напряженностью

Е

со­

отношением

со = /2,

где 6 - относительная диэлектрическая проницаемость среды;

ческая постоянная.

Преобразовав ф ормулу (2 ) с учетом (1 ) и (3 ), получим

(3)

электри-

W=ee^l^AK2l). (4)

Д ля плоской модели, рассмотрегаой выше, сила пондеромоторного взаи­

модействия

.

(5 )

dl ^ ’

Подставив в выражение (5 ) значение

W

из формулы (4 ) и взяв производ­

ную по /, получим выражение для определения силы:

F = ee^l/A l{2l^).

Эта сила вызывает дополнительное деление Ар электролита на парогазовую оболочку и рассчитывается из соотношения

A p ^ F / A = e e ^ l P l ( 2 l ) . (6)

С другой стороны, движение электролитного мостика в парогазовой о бо ­ лочке можно описать с помощью уравнения Бернулли, которое для рассматри­

ваемого случая примет вид

hp = pv^l2, (7)

где р — плотность электролита;

v —

скорость движения электролитного мос­

тика в непосредственной близости от поверхности анода.

Рис. 2. Зависимость эффективной толщи­

ны парогазовой оболочки от напряжения

150 250 350 и

— =

Ш В 550

In document Машиностроение. Вып. 14 (бет 65-71)