Mathematical model of dynamic processes during frictional hardening of the cylindrical surfaces of parts

Abstract

Підвищення експлуатаційних властивостей можна досягти за рахунок формування у поверхневих шарах масивних деталей нанокристалічних структур. Формування зміцнених шарів можливе при використанні методів обробки з використанням висококонцентрованих джерел енергії. Фрикційна обробка відноситься до методів поверхневого зміцнення з використанням висококонцентрованих джерел енергії, у процесі якої у поверхневих шарах формується зміцнений шар з нанокристалічною структурою. Утворений шар має специфічні фізичні, механічні, хімічні, а також підвищені експлуатаційні властивості, які значно відрізняються від основного металу. Фрикційна обробка плоских деталей за кінематикою процесу подібна до шліфування. Для інтенсифікації процесу формування зміцненого шару з нанокристалічною структурою на робочій поверхні інструменту утворені поперечні пази. Вони формують у зоні контакту інструмент–оброблювана поверхня деталі, додаткові ударні навантаження. Дані ударні навантаження підвищують зсувне деформування металу оброблюваної поверхні деталі під час обробки, що впливає на формування параметрів якості оброблюваної поверхні та поверхневого шару. Розроблено математичну модель пружної системи верстата, яка описує динамічні процеси, що відбуваються під час фрикційного зміцнення циліндричних поверхонь деталей, використовуючи інструмент з поперечними пазами на його робочій частині, у процесі якої формується поверхневий зміцнений шар металу з нанокристалічною структурою. Поперечні пази на робочій частині інструменту збільшують інтенсивність деформування поверхневого шару у зоні контакту інструмент–деталь та коливні процеси системи. Диференціальні рівняння, які описують даний процес, побудовані на основі рівнянь Лагранжа другого роду. На основі розв’язку систем рівнянь моделі можна визначити швидкості та величини переміщення спеціального пристрою для автономного привода інструменту, інструменту та оброблювальної деталі під час обробки, реакції опор пристрою та шпиндельного вузла.

The mathematical model of the elastic machine system has been developed, and describes the dynamic processes that occur during the frictional hardening of cylindrical surfaces of parts using a tool with transverse grooves on its working part, which forms a surface hardened metal layer with nanocrystalline structure. Transverse grooves on the working part of the tool increase the intensity of deformation of the surface layer in the contact area of the tool-part and the oscillating processes of the system. Differential equations that describe this process are based on Lagrange equations of the second kind. Based on the solution of the model’s the systems of equations, it is possible to determine the velocity and magnitude of displacement of a special device with autonomous drive of the tool, tool and treatment part during machining, reaction of device supports and spindle unit