Modelowanie sił skrawania występujących przy obróbce gniazd zaworowych

Transkrypt

1 Scentfc Journls Mrtme Unversty of Szczecn Zeszyty ukowe Akdem Morsk w Szczecne 29, 7(89) pp , 7(89) s Modelowne sł skrwn występujących przy obróbce gnzd zworowych Cuttng forces modelng for vlve sets mchnng Mrcn Mtuszk, Brtosz Powłk Zchodnopomorsk Unwersytet Technologczny, Wydzł Inżyner Mechncznej Mechtronk 7-3 Szczecn, l. Pstów 9, mrcn.mtuszk@zut.edu.pl, brtosz.powlk@zut.edu.pl Słow kluczowe: modelowne sł skrwn, obróbk gnzd zworowego, symulcj sł skrwn Abstrkt W rtykule przedstwono sposób modelown sł skrwn występujących podczs obróbk gnzd zworowych. Opsno sły skrwn dzłjące n nrzędze do obróbk gnzd zworowych orz przedstwono zleżnośc mtemtyczne wykorzystne do modelown sł skrwn. Zprezentowno nrzędze użyte do obróbk gnzd zworowych orz opsno przebeg procesu obróbk. Dokonno symulcj wpływu ustwen nrzędz względem gnzd zworowego n przebeg pól powerzchn wrstw skrwnych przez ostrz nrzędz. Zprezentowno zsymulowne przebeg sł skrwn dl różnych przypdków ustwen nrzędz względem gnzd zworowego. Zprezentowno stnowsko, n którym weryfkowno wrtośc sł skrwn uzyskne podczs symulcj w porównnu z słm występującym podczs obróbk gnzd zworowych. Przedstwono ogólne wnosk wynkjące z przeprowdzonych symulcj orz plny dlszych bdń. Key words: cuttng forces modelng, vlve set mchnng, cuttng forces smulton Abstrct The pper presents cuttng forces smulton method for vlve sets mchnng. Cuttng forces ffectng on tool used for vlve sets mchnng nd mthemtcl reltons used for smultng forces were descrbed. Tool used for vlve sets mchnng ws presented nd mchnng process ws descrbed. Anlyss of tool settng gnst mchned vlve set mpct on re of the chp on tool bldes ws mde by smulton. Smulted cuttng forces for dfferent tool settngs gnst mchned vlve set were presented. Test stnd for verfyng smulted cuttng forces gnst mesured cuttng forces ws chrcterzed. Generl conclusons rsng from smultons nd further reserch plns were presented. Wstęp Sły skrwn, dzłjąc n nrzędze orz n przedmot obrbny powodują pewną zmnę położen nrzędz względem przedmotu obrbnego. Kżde przemeszczene nrzędz względem przedmotu obrbnego, występujące podczs obróbk, może nekorzystne wpływć n dokłdność wymrową obrbnych powerzchn [, 2]. W prezentownym mterle przedstwono sposób symulcj sł skrwn dzłjących n nrzędze podczs obróbk gnzd zworowych. Podstwą do zmodelown sł skrwn był znjomość geometr obrbnego gnzd zworowego orz znjomość geometr nrzędz. Do symulcj sł skrwn orz do symulcj pól powerzchn wrstw skrwnych wykorzystno progrm MATLAB. Ops mtemtyczny sł skrwn kżde z ostrzy nrzędz do obróbk gnzd zworowych dzłją sły skrwn, które przedstwono n rysunku. Do wyrżen loklnych sł skrwn, dzłjących n kżde z ostrzy możn użyć modelu mechnstycznego [3, 4]: Zeszyty ukowe 7(89) 63

2 Mrcn Mtuszk, Brtosz Powłk Sły skrwn dzłjące n nrzędze w osch X, Y, Z są sumą sł skrwn pochodzących od poszczególnych ostrzy: x x, y y, z z (3) Rys.. Sły skrwn dzłjące n ostrz nrzędz [3, 4] g.. Cuttng forces ctng on tool bldes [3, 4] t r K K tc rc c te K s K re s K s K e. ( 3) () gdze: s pole powerzchn wrstwy skrwnej przez -te ostrze [mm 2 ], długość styku -tego ostrz z przedmotem obrbnym [mm], K tc, K te, K rc, K c sł włścw skrwn -tego ostrz dl kerunków: stycznego, promenowego osowego [/mm 2 ], K re, K e stłe krwędz skrwjących [/mm]. Otrzymne z równń () wrtośc sł skrwn dl kżdego ostrz nleży trnsformowć do globlnego ukłdu współrzędnych X, Y, Z [3, 4, 5]: x y z sn cos gdze: 2π / cos 2π / sn 2π / 2π / t r z (2) x, z, z sły skrwn pochodzące od -tego ostrz dzłjące w osch X, Y, Z; kąt określjący położene nrzędz skrwjącego. Ops obróbk gnzd zworowego rzędze skrwjące użyte w bdnch posdło trzy ostrz skrwjące, które ndwły ostteczny ksztłt gnzdu zworowemu. Ostrz rozmeszczono n obwodze nrzędz pod kątem 2 względem sebe. rzędze było wprowdzne w obrbne gnzdo zworowe, ostrz ksztłtowły powerzchne n wewnętrznej średncy gnzd zworowego. Kżde ostrze obrbło nną powerzchnę gnzd, położoną pod nnym kątem. Ostrz orz obrbne gnzdo przedstwono n rysunku 2. Ze względu n szczelność ukłdu zwór-gnzdo stotn jest dokłdność wykonn powerzchn obrbnej przez. gnzdo mocowne gnzd Rys. 2. Ostrz nrzędz orz obrbne gnzdo zworowe g. 2. Tool bldes nd mchned vlve set Jko półprodukt, tzw. przygotówkę wykorzystno perśceń wykonny z mterłu BRICO wyprodukownego przez frmę TRW. Obróbk gnzd dokonno przy pomocy nrzędz przedstwonego n rysunku 3. Rys. 3. Wdok nrzędz zstosownego do obróbk gnzd zworowych g. 3. Vew of tool used for vlve set mchnng Wpływ położen nrzędz n wrstwę skrwną sły skrwn Obrbne gnzdo zworowe może zostć ustwone w różnych położench względem nrzędz. Położene gnzd względem nrzędz m wpływ n pole powerzchn wrstwy skrwnej przez poszczególne ostrz nrzędz. Chwlow 64 Scentfc Journls 7(89)

3 Pole powerzchn [mm 2 ] Pole powerzchn [mm 2 ] Modelowne sł skrwn występujących przy obróbce gnzd zworowych wrtość pol powerzchn wrstwy skrwnej wpływ n chwlową wrtość sły skrwn. W njkorzystnejszym przypdku oś gnzd znjduje sę dokłdne w os nrzędz (rys. 4). przez pewen czs ostrz wchodzą wychodzą z mterłu obrbnego. Zsymulowne przebeg pól powerzchn wrstw skrwnych przez nrzędze dl przypdku przesunęc os nrzędz przedmotu obrbnego przedstwono n rysunku 7. d Brk kontktu Rys. 4. Brk błędu ustwen os nrzędz g. 4. o tool xs settng error Zsymulowne pol powerzchn wrstw skrwnych przez ostrz nrzędz dl przypdku delnego ustwen os gnzd nrzędz przedstwono n rysunku 5. Symulcj pól powerzchn wrstw skrwnych przez ostrz nrzędz orz symulcj sł skrwn dokonno przy pomocy progrmu MATLAB. W modelownu sł skrwn wykorzystno geometrę obrbnego gnzd zworowego orz geometrę nrzędz. Podstwą do wprowdzen dnych do symulcj były wymry geometryczne nrzędz do obróbk gnzd zworowych orz wymry obrbnej przygotówk.,8,7,6,5,4,3,2,,5,5 2 2,5 3 3,5 Rys. 5. Przebeg pól powerzchn wrstw skrwnych dl przypdku brku błędu ustwen os nrzędz uzyskne w drodze symulcj g. 5. Smulted res of the chp on tool bldes for no tool settng error W rzeczywstośc występuje zwsze pewn rozbeżność ustwen nrzędz względem gnzd. Jeżel występuje przesunęce os nrzędz przedmotu skrwnego (rys. 6), przebeg pól powerzchn są nne nż w przypdku delnego ustwen nrzędz. W początkowym etpe obróbk, Rys. 6. Przesunęce os nrzędz gnzd g. 6. Dsplcement of tool nd vlve set xs,7,6,5,4,3,2,,5 2 2,5 3 Rys. 7. Przebeg pól powerzchn wrstw skrwnych dl przypdku przesunęc os nrzędz obrbnego gnzd uzyskne w drodze symulcj g. 7. Smulted res of the chp on tool blde for xs mslgnment error Możlwy jest równeż kątowy błąd ustwen os gnzd nrzędz (rys. 8). Zsymulowne przebeg pól powerzchn dl przypdku kątowego przestwen os nrzędz przedmotu obrbnego, przedstwono n rysunku 9. Brk kontktu Rys. 8. Ustwene os gnzd nrzędz pod kątem g. 8. Angulr dsplcement of tool nd vlve set xs Zeszyty ukowe 7(89) 65

4 Sł [] Pole powerzchn [mm 2 ] Sł [] Mrcn Mtuszk, Brtosz Powłk,7,6 2 x y z,5,4,3,2, 2,5 2 2,5 3 Rys. 9. Przebeg pól powerzchn wrstw skrwnych dl przypdku ustwen os nrzędz obrbnego gnzd pod kątem uzyskne w drodze symulcj g. 9. Smulted res of the chp on tool blde for xs ngulr dsplcement Zsymulowne przebeg sł skrwn dl przypdku brku błędu ustwen os nrzędz przedstwono n rysunku. rysunku przedstwono zsymulowne przebeg sł skrwn dl przypdku przesunęc os nrzędz os obrbnego gnzd. Rys.. Przebeg sł skrwn w kerunkch os X, Y, Z dl przypdku przesunęc os nrzędz os obrbnego gnzd uzyskne w drodze symulcj g.. Smulted cuttng forces n X, Y, Z xs drectons for dsplcement of tool nd mchned vlve set xs 2 3,5 2 2,5 2 x y z 2,5 2 2,5 Rys.. Przebeg sł skrwn w kerunkch os X, Y, Z dl przypdku brku błędu ustwen os nrzędz uzyskne w drodze symulcj g.. Smulted cuttng forces n X, Y, Z xs drectons for no tool xs settng error Przebeg sł skrwn uzyskne podczs ch modelown weryfkowno z dnym uzysknym n stnowsku, n którym obrbno rzeczywste gnzdo zworowe [6]. Do bdń sł wykorzystno stnowsko przedstwone n rysunku 2. Do pomru kątowego położen nrzędz zstosowno tchometr lserowy (). Obrbne gnzdo zworowe mocowno z pośrednctwem tule w uchwyce trójszczękowym zmontownym n słomerzu trójskłdowym (2). Do pomru przemeszczen nrzędz w głąb obrbnego gnzd wykorzystno dotykowy czujnk ndukcyjny (3). Rys. 2. Wdok stnowsk bdwczego: tchometr, 2 uchwyt trójszczękowy zmontowny n słomerzu trójskłdowym, 3 dotykowy czujnk ndukcyjny g. 2. Vew of test stnd: tchometer, 2 three-jw chuck mounted on three component dynmometer, 3 nductve contct dsplcement sensor Podsumowne W zprezentownej prcy przedstwono sposób modelown sł skrwn podczs obróbk gnzd zworowych. Zsymulowne przebeg sł dl przypdku brku błędu ustwen os nrzędz (rys. ) odbegją od zsymulownych przebegów sł uzysknych dl przypdku przesunęc os nrzędz os obrbnego gnzd (rys. ). Dl przypdku przesunęc os nrzędz os obrbnego gnzd wdoczne są oscylcje sły dzłjącej w kerunku os Z, które ne występują przy delnym ustwenu nrzędz względem gnzd. Zsymulowne przebeg sł skrwn w kerunkch os X Y dl przypdku przesunęc os nrzędz os obrbnego gnzd orz dl przypdku delnego ustwen nrzędz względem gnzd są zblżone. 66 Scentfc Journls 7(89)

5 Modelowne sł skrwn występujących przy obróbce gnzd zworowych Bdn dośwdczlne [6] pokzły, że przebeg sł otrzymne w drodze symulcj, po dobrnu odpowednch współczynnków sł włścwych skrwn, zgodne są z przebegm rzeczywstym. W dlszych bdnch plnowne jest określene wpływu sł skrwn n powstjący błąd ksztłtu (okrągłośc) obrbnego gnzd. Umożlw to dobór njwłścwszych prmetrów obróbk. Bblogrf. OLSZAK W.: Obróbk skrwnem. WT, Wrszw CICHOSZ P.: rzędz Skrwjące. WT, Wrszw POWAŁKA B. KATZ R.: The nfluence of vlve sets mchnng process n roundness error. Proceedngs of the 9th Bennl ASME Conference on Engneerng Systems Desgn nd Anlyss, Hf 28, CD. 4. POWAŁKA B.: Roundness error predcton n vlve set mchnng bsed on cuttng force model nd mchne tool system dynmcs. Advnces n Mnufcturng Scence nd Technology, 28, 32(). 5. LI Y., LIAG S. Y., PETRO R.C., SETH B.B.: orce modelng for cylndrcl plunge cuttng. Sprnger-Verlg, London 2, The Interntonl Journl of Advnced Mnufcturng Technology, o 6, MATUSZAK M.: Wpływ prmetrów obróbk n błąd okrągłośc gnzd zworów slnków splnowych. Zchodnopomorsk Unwersytet Technologczny 29 [mszynops]. Recenzent: dr hb. nż. Andrzej Admkewcz profesor Akdem Morskej w Szczecne Zeszyty ukowe 7(89) 67