WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Кудашева Ирина Олеговна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ ДЕТАЛЕЙ «ТЕЛО ВРАЩЕНИЯ»

НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО УПРОЧНЕНИЯ И ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ

Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Саратов 2008

Работа выполнена

в ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет»

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор

Косырев Сергей Петрович

Официальные оппоненты – доктор технических наук, профессор

Аникин Анатолий Афанасьевич

– кандидат технических наук, профессор

Болкунов Владимир Васильевич

Ведущая организация: ОАО «Балаковский завод запасных деталей»

Защита состоится 25 июня 2008 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, г. Саратов, ул. Политехническая, 77, корп.1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической
библиотеке ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический
университет».

Автореферат разослан мая 2 008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.А. Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Эксплуатационная надёжность машин определяется в основном качественным состоянием рабочих поверхностей деталей, формируемых на финишных операциях технологических процессов (напряженно-деформированное состояние поверхностного слоя, технологические остаточные напряжения, динамика нагружения, физико-механические свойства материала, макро- и микрогеометрия, геометрическая точность). Стабильность геометрических размеров, например, достигается за счёт снижения начальных технологических остаточных напряжений и повышения релаксационной стойкости, осуществляется различными технологическими методами, называемыми процессами вибрационного старения. Выходным параметром систем вибрационного старения является динамическая сила, изменяемая как по амплитуде, так и по частоте, так как эффективность вибрационного старения зависит главным образом от деформации металла, которая, в свою очередь, определяется прикладываемой динамической нагрузкой. Создание на рабочих поверхностях прецизионных деталей композиционных покрытий из поверхностно-активных веществ (ПАВ) как разновидность технологии поверхностного пластического деформирования (ППД) снижает динамическую нагрузку в слое путём формирования тонких износостойких пленок из эмульгатора на поверхностях контакта прецизионных деталей с втулками. При этом колебательный процесс в масляном слое полностью демпфируется, повышая его несущую способность и, соответственно, эксплуатационную надежность конструкций. Применение таких покрытий является весьма перспективным направлением, открывающим широкие возможности управления физико-механическими свойствами контактирующих поверхностей. Несмотря на успех в этих областях, ряд важных теоретических и практических вопросов не нашли своё отражение в технологических процессах получения биметаллических слоёв и композиционных покрытий из эмульгаторов, различных участков поверхности конструкций.

Одним из перспективных методов, позволяющих решить поставленные задачи, является эффективный и экологически чистый способ упрочняющей обработки деталей ультразвуком (УЗО) с одновременным нанесением антифрикционных композиционных покрытий. В основу метода положен процесс технологического ППД, который позволяет, варьируя технологическими режимами обработки и составом покрытия, получить поверхность с необходимыми физико-механическими свойствами. В процессе обработки происходит формирование благоприятного напряженно-деформированного состояния материала поверхностных слоёв прецизионных деталей, технологических остаточных напряжений в них, оптимальной шероховатости, обеспечивающих повышенные эксплуатационные характеристики рабочих поверхностей.

В связи с вышеизложенным, актуальным является комплексное исследование процесса обработки, изучения взаимосвязи показателей динамики нагружения поверхностей с режимами обработки, составом покрытия, эксплуатационными характеристиками контактирующих поверхностей.

Данная работа является частью исследований, входящих в комплексные научно-технические программы ОАО «Волжский дизель им. Маминых»: 0.13.07 «Создание и освоение производства новых типов двигателей внутреннего сгорания и агрегатов на их базе», а также других целевых комплексных научно-технических программ по развитию транспортного двигателестроения, что подтверждает её актуальность.

Целью работы является совершенствование технологии изготовления прецизионных деталей «тело вращения» на основе применения УЗО и ПАВ для обеспечения эксплуатационной надёжности деталей машин за счёт улучшения эксплуатационных свойств рабочих поверхностей.

На основании изучения состояния вопроса и предварительного анализа по выбору перспективных путей повышения эксплуатационной надёжности прецизионных деталей «тело вращения» для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– исследовать влияние технологических факторов УЗО на технологические остаточные напряжения и усталостную прочность прецизионных деталей;

– разработать методы и провести исследования напряженности и гидродинамики масляного слоя прецизионных деталей «тело вращения» в условиях применения ПАВ;

– провести исследования процессов нагружения прецизионных деталей в условиях поверхностной ультразвуковой обработки и технологических остаточных напряжений;

– разработать, внедрить в производство и эксплуатацию технологические методы повышения эксплуатационной надёжности прецизионных деталей «тело вращения».

Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к достижению поставленной цели, учитывающем:

– разработку и апробацию на практике технологического метода УЗО, решение аналитическим методом задачи по определению комплексного критерия – коэффициента динамичности во время УЗО;

– разработку, обоснование и внедрение технологического метода эксплуатационного исследования гидродинамики прецизионных деталей, а также совокупность научных положений и рекомендаций по применению ПАВ;

– развитие и решение поставленной практикой задачи теории виброударного динамического нагружения прецизионных деталей и образцов-свидетелей при УЗО.

Методы и средства исследования. Теоретические исследования были проведены с использованием методов технологии машиностроения, расчетно-аналитических методов теории упругости, сопротивления материалов и метода конечных элементов. Экспериментальные методы исследования базировались на электротензометрии с применением приборов «Стресскан-500» и «ИОН-4М» при исследовании начальных технологических остаточных напряжений после технологического ППД прецизионных деталей «тело вращения» и образцов-свидетелей.

Практическая ценность и реализация результатов работ. Предложенные технологические методы ППД нагруженных поверхностей прецизионных деталей «тело вращения», проведённые в лабораторных и производственных условиях, повышают эксплуатационную надёжность путём снижения неравномерности результирующих напряжений по сечениям деталей в 3-5 раз.

Конструкторско-технологические решения, применение композиционных материалов и поверхностно-активных веществ изменяют условия смазки в прецизионных деталях путём демпфирования колебательного процесса и снижения динамики нагружения, чем повышается несущая способность масляного слоя и прецизионной детали.

Научные и практические результаты работы выполнены в соответствии с грантом № НШ-2064.2003.8 Минпромнауки России и использованы в плановых госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работах за 2000-2007 гг., выполняемых на кафедре «Технология и автоматизация Машиностроения» Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ по направлению «Разработка научных основ повышения эксплуатационной надёжности машиностроительных изделий конструкторско-технологическими методами», что подтверждается имеющимися актами внедрения: ОАО «Волжский дизель им. Маминых», ОАО «Саратовдизельаппарат», ООО ПКР «Дизельсервис», ООО «Автоколонна». Работа прошла апробацию на практике совершенствования технологий ППД прецизионных деталей «тело вращения» и образцов-свидетелей.

На защиту выносятся:

– технология ППД образцов-свидетелей прецизионных деталей деформированием технологической УЗО и ПАВ;

– результаты экспериментальных исследований по изучению влияния технологических остаточных напряжений от технологического ППД УЗО и ПАВ на общее суммарное напряженное состояние прецизионных деталей;

– результаты теоретических исследований по определению основных закономерностей напряженного состояния прецизионных деталей «тело вращения» на основе базового метода конечных элементов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: ХI Международной конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2007); Межгосударственных научно-технических семинарах по двигателям внутреннего сгорания (Саратов, 2006-2007); VIII Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах» (Саратов, 2005); IХ Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах» (Балаково, 2007); ежегодных научно-технических конференциях кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета (2007); ежегодных научно-технических конференциях кафедры «Технология и автоматизация машиностроения» Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ (2002-2007).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 100 наименований. Объем диссертации составляет 129 страниц, в том числе 43 рисунка и 16 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель, задачи и научная новизна, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проводится обзор работ по совершенствованию технологии изготовления прецизионных деталей в области процессов упрочняющей обработки методами технологического ППД и его особенности. Методы технологического ППД – высокоэффективные способы технологического обеспечения качества изделий машиностроения в сроки при минимальных затратах труда, материальных и энергетических ресурсов. Из приведенного определения следует, что одной из основных задач является совершенствование технологии машиностроения, направленное на обеспечение заданного качества изделий и их эксплуатационной надежности при изготовлении. Одним из наиболее эффективных направлений в решении этих задач является технологическое обеспечение оптимальных для заданных условий эксплуатации параметров состояния поверхностного слоя, точности изготовления деталей и сборки машин.

Изучению процессов технологического ППД посвящены работы И.В. Кудрявцева, М.А. Балтер, А.Н. Овсеенко, Б.А. Кравченко, В.М. Смелянского, А.Г. Суслова, Я.И. Бараца, Ж.А. Мрочека, С.С. Макаревича, Л.М. Кожуро и др. Их исследованиями доказано, что повышение эксплуатационных свойств деталей достигается упрочнением поверхностного слоя и образования в нем благоприятных начальных технологических остаточных напряжений.

Имеется ряд публикаций, раскрывающих механизмы ультразвукового нагружения образцов – свидетелей при технологическом ППД. Анализ этих работ показывает, что при технологическом ППД поверхностного слоя детали имеется количественная и качественная взаимосвязь между нагруженным состоянием конструкции и начальными технологическими остаточными напряжениями.

Вопросам повышения несущей способности и эксплуатационной надежности прецизионных деталей «тело вращения» технологическими методами путем снижения динамики нагружения масляного слоя и демпфирования колебательного процесса технологическими методами посвящены работы ряда авторов (С.М. Захарова, С.Н. Полевого, В.Д. Евдокимова, Н.А. Буше, С.П. Косырева и др.). Как отмечено в этих работах, эффективным методом, снижающим динамику нагружения, является покрытие рабочей поверхности прецизионной детали ПАВ. Вместе с тем в известных методах при оценке динамики нагружения масляного слоя в силу недостаточной изученности процесса и разноречивых толкований в технической литературе принимается широкий диапазон значений жесткости масляного слоя (от нуля до жесткости опор), что требует дальнейшего уточнения и корректировки расчетных методик по оценке гидродинамики масляного слоя прецизионной детали. Следует отметить, что работы по применению методов технологического ППД в прецизионных деталях «тело вращения» находятся в стадии развития.

Технологические процессы механической обработки, УЗО наряду с микрогеометрией детали, глубиной и степенью упрочнения поверхностного слоя формируют неоднородное силовое поле начальных технологических остаточных напряжений, вызывающих при изготовлении деталей коробление, усталостные трещины. Проследить последовательно этапы формирования неоднородного силового поля начальных технологических остаточных напряжений очень сложно. Имеющиеся немногочисленные теоретические разработки базируются на определении начальных технологических остаточных напряжений в режиме «насыщения», т.е. на таком этапе процесса, дальнейшее проведение которого практически не изменяет напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя. Показано, что при УЗО поверхностного слоя начальные технологических остаточные напряжения дифференцированно зависят от рабочих и монтажных напряжений в конструкции. Показаны пути совершенствования технологии УЗО, связанные с оптимизацией технологических режимов и изучения основных влияющих факторов и параметров. Сделан вывод о недостаточной изученности технологических остаточных напряжений в поверхностном слое при технологическом ППД. Определены в качестве первоначальных задач определения технологических параметров и анализа напряженно-деформированного состояния в очаге деформации. Обоснованы и поставлены задачи исследований.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»