Systems. Methods. Technologies 2 (42) 2019

Systems Methods Technologies. N.A. Shvaleva et al. Assessment of reliability … 2019 № 2 (42) p. 27-32 28 parts of machines. SPT is performed under the combination of a periodic dynamic and constant static effect of a deforming tool on the surface to be treated. The impact allows you to create large stresses on the contact patch of the tool and the workpiece. When SPT depth of hardening reaches 10 mm or more with a degree of hardening up to 100%. Interesting are the cases of application for static-pulse treatment of devices with an electric motor. These devices are distinguished by the stability and repeatability of shock pulse reproduc- tion, convenience and safety of operation, compactness, a wide range of accelerations. Based on the studies, the design of the device for static-impulse processing has been calculated and designed, the principle of its operation has been described, a mathematical model has been developed which allows to evaluate the technological parameters of the installation and also determine the amount of elastic- plastic deformation by components. The developed design of the device for static-pulse treatment based on a linear electric motor can improve the processing performance due to the mathematical model obtained. The developed device can be used for processing the flat surfaces of metal parts, soft materials (leather, plastic, rubber) by branding, embossing. Keywords: device design for static-pulse processing; mathematical model; elastoplastic deformation; static-pulse processing; har- dening; linear electrodynamic drive. Введение Наиболее прогрессивным способом упрочнения по- верхностно-пластическим деформированием (ППД) является процесс статико-импульсной обработки, ко- торый позволяет осуществлять упрочнение материала в условиях комбинированного статического и динамиче- ского силового воздействия. Сочетание статической и динамической нагрузки создает дополнительные воз- можности при упрочнении поверхности. Технология упрочнения включает предварительное статическое и последующее периодическое импульсное нагружение инструмента. Предварительное статическое нагруже- ние создает благоприятные условия для полной пере- дачи потока ударной энергии импульса упрочняющей поверхности [1]. Преимуществами статико-импульсной обработки (СИО) перед другими способами ППД являются низкая энергоемкость, высокий коэффициент передачи энер- гии упрочняемой поверхности, возможность воздейст- вия на упрочняемую поверхность управляемым им- пульсом, компактность устройства. Существенный прогресс в обработке материалов давлением, в частности СИО, устанавливает задачи разработки новых технологических процессов, а также усовершенствования оборудования, включая разработ- ку и проектирование новых конструкций, расширение номенклатуры и типоразмеров машин ударного дейст- вия, исследование процессов обработки и режимов ра- боты оборудования для повышения эффективности их использования. К настоящему времени сформировалась номенкла- тура специальных устройств для реализации статико- импульсной обработки. Исследованием и проектирова- нием занимались А.Г. Лазуткин, Л.С. Ушаков, Б.С. Кузнецов, А.В. Киричек, Д.Л. Соловьев и др. [2–6]. Основным элементом оборудования для осуществ- ления статико-импульсной обработки является генера- тор механических импульсов (ГМИ). ГМИ позволяет обеспечить после удара неразрывный контакт элемен- тов ударной системы со средой. Генераторы импульсов для СИО могут быть адаптированы из существующих конструкций (например, молоты для дорожно- строительных работ, горнодобывающей промышлен- ности) или разработаны специально [7–9]. Так, ударные устройства с электромагнитным при- водом обладают более высокой энергией ударов. Пневмо- и гидроударные устройства отличаются высо- кой надежностью и стабильностью генерируемой энер- гии и частоты ударов. Однако используемые в настоя- щее время пневмо-, гидроударные устройства не по- зволяют регулировать энергию единичного удара в широком диапазоне. Устройства для упрочнения дина- мическими способами обладают низким КПД (8…12 %), вследствие этого для увеличения полезной энергии ударов, затрачиваемой на осуществление уп- ругопластической деформации, необходимо увеличи- вать их габаритные размеры. Высокие требования по обеспечению точности изготовления деталей гидро- ударных машин создают дополнительные трудности в использовании данного типа устройств. Интересными являются случаи применения для стати- ко-импульсной обработки устройств с электрическим двигателем. Они отличаются стабильностью и повторяе- мостью воспроизведения ударных импульсов, удобством и безопасностью эксплуатации, компактностью, широким диапазоном ускорений (1…10 6 м/с 2 ) по сравнению с уст- ройствами, в которых масса разгоняется при свободном падении и достигает скорости 20 м/с [10–12]. Исходя из вышесказанного, можно судить об акту- альности и перспективах применения для статико- импульсной обработки устройств с электрическим дви- гателем. Методика исследования. По известной методике расчета линейных электродинамических двигателей [13] рассчитана и спроектирована конструкция устрой- ства для статико-импульсной обработки. Конструкция устройства (рис. 1) состоит из сле- дующих основных элементов: индуктор статический 1 ; индуктор динамический 2 , посредством которого осу- ществляется периодическое импульсное нагружение инструмента (индентора); якорь 3 , выполненный в виде стакана с двумя обмотками 4 , 5 ; индентор 6 ; направ- ляющие 7 . Принцип работы устройства включает несколько этапов. Первый этап (устройство находится в нейтральном положении). На обмотки индукторов (статический 1 и ударный 2 ) и обмотку якоря 4 подается прямое напря- жение, а на обмотку якоря 5 — постоянное обратное напряжение, вследствие чего происходит выталкивание якоря из зазора индуктора 1 и втягивание его в зазор индуктора 2 . Второй этап (статическая часть работы — прижа- тие индентора к обрабатываемой поверхности). На об- мотку якоря 4 подается обратное напряжение, проис- ходит втягивание якоря и прижатие бойка (индентора) к упрочняемой поверхности (контртело), вместе с тем