WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Вторая глава посвящена исследованию напряженного состояния прецизионных деталей «тело вращения» в условиях технологического ППД. Отечественными и зарубежными исследователями (И.В. Кудрявцев, Н.А. Буше, В.В. Петросов и др.) доказано, что при технологическом ППД поверхностных слоев деталей начальные технологические остаточные напряжения зависят от рабочих и монтажных напряжений в конструкции. При технологическом ППД прецизионных деталей в условиях знакопеременного циклического нагружения поверхностного слоя начальные технологические остаточные напряжения определяются зависимостью

<,

где  – среднее напряжение цикла, определяемое соотношением,  – предел текучести материала.

При развитии расчётных методик по определению прецизионных деталей в настоящее время распространено применение метода конечных элементов (МКЭ). При этом конкретные рекомендации по эффективному использованию методик на базе МКЭ в технической литературе отсутствуют, нет математического пути решения сходимости по МКЭ, а используемое шаговое увеличение числа конечных элементов (КЭ) приводит к тому, что решение по МКЭ сходится при бесконечном увеличении числа КЭ. Поэтому требуется детальное изучение вопросов применения МКЭ в расчётах напряженного состояния прецизионных деталей. В представленной постановке МКЭ используется как дополнительный метод для создания новых конструкций на стадии проектирования с решением задачи параметрической оптимизации конструкции.

Приведённые в данной работе теоретические предпосылки для расчёта прецизионных деталей в рамках плоской нелинейной задачи, включающей определение граничных условий, напряжений и деформаций, реализованы в расчёте прецизионных деталей на примере регулятора скорости форсированного дизеля 6ДМ-21А (6ЧН21/21). Как пример, разбивка МКЭ прецизионной детали золотника регулятора скорости дизеля 6ДМ-21А представлена на рис. 1 с применением комплексных программ Unigrafics, Desaignspase.

Результаты расчётов напряжений в прецизионной детали МКЭ от действия сил сжатия представлены эпюрами на рис. 2. Согласно этим эпюрам, можно заключить, что напряжения в поршне сервомотора распределяются неравномерно.

Рис. 1. Разбивка МКЭ прецизионной
детали (золотника регулятора скорости
дизеля 6ДМ-21А (6ЧН21/21))

Рис. 2. Эпюры расчётных МКЭ
нормальных напряжений в прецизионной
детали (поршне сервомотора
регулятора скорости)

Как показал расчёт, минимальный запас усталостной прочности в прецизионной детали (на примере золотника и поршня), определённый по зависимости, соответствует 1,31 и 0,71, здесь В=800-1400 МПа – временное сопротивление растяжения стали – материала прецизионной детали. Согласно литературным данным, рекомендуемый допустимый запас усталостной прочности по пределу текучести. Таким образом, прецизионные детали в точках с максимальными напряжениями по пределу текучести находятся ниже допустимых значений, что требует проведения технологического ППД.

Изучение технологии ППД и установление количественных связей между режимами последнего и напряженно-деформированным состоянием обработанных технологическим ППД поверхностей деталей составляет предмет исследования важного технологического направления, так как аналитически учесть факторы, влияющие на формирование поверхностных слоев после технологического ППД, сложно. Для теоретической оценки начальных технологических остаточных напряжений в поверхностном слое прецизионной детали технологическим ППД на примере нагружения стержня – образца предложена зависимость

,

где Т – предел текучести стальной основы; –приведенный модуль упрочнения.

Начальные технологические остаточные напряжения в поверхностном слое прецизионной детали на примере поршня регулятора скорости при Т=200 МПа, МПа.

Упрочнение наружной шлифованной поверхности прецизионных деталей УЗО ликвидирует начальные растягивающие остаточные напряжения, заменяя их начальными остаточными напряжениями сжатия с максимальной величиной на поверхности 50…200 МПа при глубине наклепа 0,3…0,4 мм.

С целью изучения природы гармонических колебаний рассмотрим математическую модель при использовании ПАВ. Приложенная масса колеблющейся системы 1 жестко опирается на пластину 2, покрытую антифрикционной плёнкой 3, взаимодействующей с масляным слоем 4 (рис. 3).

Рис. 3. Динамическое нагружение
масляного слоя в условиях
использования ПАВ

Для решения системы выполняем преобразование Лапласа и, преобразуя его, получаем коэффициент динамичности в масляном слое прецизионных деталей «тело вращения» в условиях применения ПАВ

Расчётное значение КД=1,082 соответствует с КД=1,066, найденным двумя методами, и находится в пределах погрешности измерения (10%). Приведённое значение КД отличается от расчётного на 2%, что находится в допустимой для практики точности.

Ввиду сложности формирования неоднородного поля начальных технологических остаточных напряжений в поверхностном слое прецизионных деталей проведена теоретическая оценка напряженного состояния после технологического ППД УЗО на стержнях образцов – свидетелей. Доказано, что учёт начальных технологических остаточных напряжений в расчёте прецизионных деталей на усталостную прочность на 17,6% повышает эксплуатационную надёжность.

Динамическая модель нагружения масляного слоя в прецизионных деталях в условиях технологического поверхностного упрочнения представлена идеализированной максвелловой моделью. Результаты расчёта показывают, что величина минимальной толщины слоя смазки hmin на 18% ниже значений в масляном слое прецизионных деталей без ПАВ.

В третьей главе приводятся результаты исследования, направленные на совершенствования технологических методов и средств для обоснования пара-метров УЗО, определения критериев оптимизации и решения задачи покрытия рабочей поверхности прецизионных деталей ПАВ.

В качестве примера исследуются начальные технологические остаточные напряжения в поверхностном слое образцов, изготовленных из штатных золотников и поршней как прецизионных деталей регуляторов скорости дизелей ЧН 21/21.

Начальные технологические остаточные напряжения в поверхностном слое образцов оцениваются на глубине 210–5 м и контролировали посредством метода измерения магнитоупругости материала прибором «Стресскан 500» (США – Финляндия).

Рис. 4. Результаты замера
в зависимости от показаний прибора
«Стрескан-500» на поверхностях
образцов: 1 – сталь 3; 2 – 20Х13;
3 – 40ХН2МА

Рис. 5. Блок-схема стабилизации
технологических остаточных напряжений
в поверхностном слое детали:
1 – ультразвуковой генератор; 2 – ванна;
3 – прецизионная деталь; 4 – средство
анализа и обработки информации;
5 – система управления

Результаты замера в зависимости от показаний прибора «Стресскан-500» на поверхностях образцов из сталей 3, 20Х13 и 40ХН2МА представлены графически на рис.4 (по приведенной методике оценки в поверхностном слое прецизионных деталей).

Полученные данные показывают, что состояние поверхностного слоя прецизионной детали по параметру не является рациональным, правильно регламентированным в научно-технической литературе и технологически не обеспеченным, что не способствует наиболее полному использованию эксплуатационных свойств материала заготовки.

На рис. 5 представлена блок-схема способа технологической стабилизации технологических остаточных напряжений в поверхностном слое прецизионной детали. Способ осуществляется следующим образом:

1. Устанавливают прецизионную деталь 3 на плиту магнитострикционного преобразователя 2 марки ПМС-6-22 (потребителя).

2. Включают в электросеть питание и управление схемой.

3. Устанавливают резонансную частоту работы магнитострикционного преобразователя 2 и ультразвукового генератора 1 марки УЗГ-2-4М в 19-21 кГц с амплитудой колебаний в 50-80 мкм путём увеличения мощности потребителя до 3-3,5 кВт.

4. Производят обработку прецизионной детали ультразвуковыми колебаниями в течение 10-12 мин.

5. Степень стабилизации начальных технологических остаточных напряжений в деталях оценивают по прибору «ИОН-4М» или «Стрескан-500». При этом контроль качества стабилизации напряжений осуществляют по истечении 24 часов после УЗО прецизионной детали.

Изложенное позволяет сделать вывод, что предложенный способ стабилизации технологических остаточных напряжений в поверхностном слое прецизионной детали «тело вращения» повышает работоспособность конструкции путём снижения технологических остаточных напряжений с 200-250 МПа до 5-15 МПа и их стабилизации во времени, повышается эксплуатационная надёжность конструкций.

Рис. 6. Рабочая поверхность
прецизионной детали (поршня регулятора)
с кавитационной эрозией

Рис. 7. Рабочая поверхность прецизионной
детали (золотника регулятора)
с кавитационной эрозией

Рис. 8. Рабочая поверхность прецизионной
детали (поршня регулятора)
с эмульгатором 6СФК-180-0,5

Рис. 9. Рабочая поверхность прецизионной
детали (золотника регулятора)
с эмульгатором 6СФК-180-0,5

В масляном слое прецизионных деталей за счет ударно-циклического нагружения параллельно с кавитационной эрозией возникают гидродина-мические колебания, определяемые коэффициентом динамичности КД. Расчетно-экспериментальными исследованиями доказано, что на примере прецизионных деталей регуляторов скорости величина КД в масляном слое составляет 1,20. Для экспериментальной проверки теоретических положений и с целью снижения коэффициента КД с 1,2 до 1,0 изменением условий смазки разработана конструкция поршня, золотника и направляющей втулки, выполненные с нанесенными с рабочей стороны ПАВ, представляющими композиционную смазку – эпиламирующий раствор высокомолекулярных поверхностно-активных веществ во фторсодержащих растворителях хладонах 112, 113, 114В2 или их смесях. В качестве ПАВ использованы отечественные эмульгаторы 6СФК-180-0,5. Как пример, внешний вид рабочей поверхности прецизионных деталей (поршня и золотника регулятора) с кавитационной эрозией без покрытия ПАВ представлен на рис. 6, 7, с покрытием ПАВ – на рис. 8, 9.

Из сравнения рис. 6, 7 и 8, 9 видно, что при покры­тии рабочей поверхности прецизионной детали эмульгатором образуется защитная антифрикционная пленка в сопряжении «поршень – втулка регулятора», «золотник – втулка регулятора».

Технологический процесс покрытия рабочих поверхностей прецизионной детали и направляющей втулки ПАВ включает:

1. Обезжиривание поверхностей в спирте, бензине, ацетоне или других растворителях.

2. Детали погружают в емкость с растворителем, механические примеси удаляют с поверхностей до обезжиривания.

3. Просушку на воздухе при комнатной температуре в течение 300-400 с.

4. Погружение прецизионной детали, направляющей втулки в эпиламирующий раствор на 360-480 с при температуре окружающей среды с периодическим перемешиванием состава. Ёмкость эпилама составляет 1кг на 6 м2 поверхностей прецизионной детали.

5. Сушка эпиламированных прецизионных деталей на воздухе в течение 1200-1800 с является заключительной стадией технологии их обработки эмульгатором.

В масляном слое без ПАВ прецизионных деталей (золотников, поршней регуляторов скорости) имеют место гидродинамические колебания, вызванные воздействием ударной возмущающей силы, и коэффициент динамичности КД=1,2. В этом же слое с эмульгатором КД снижается 1,2 до 1,0, т.е. коэффициент трения приближается к нулю из-за формирования тонких износостойких пленок из эмульгатора на поверхностях контакта прецизионной детали (поршня, золотника) и направляющей втулки. При этом колебательный процесс в масляном слое полностью демпфируется.

В масляном слое с ПАВ колебательный процесс полностью демпфируется, подтверждая правильность выводов о возможности повышения эксплуатационной надёжности прецизионных деталей за счёт изменения условий смазки.

В четвертой главе рассматривается практическое применение полученных результатов и методики экспериментальных исследований напряженного состояния прецизионных деталей на примере золотника и поршня регулятора скорости в условиях технологического ППД при совершенствовании технологии машиностроения.

Для проверки достоверности расчетных величин циклических напряжений в прецизионных деталях (золотнике и нижнем поршне регулятора скорости), определенных по методике главы 2, для оценки точности расчета напряженного состояния прецизионных деталей, погрешность которого может быть вызвана тем, что прецизионная деталь рассматривается в рамках плоской, а не пространственной задачи теории упругости, а также для определения среднего напряжения цикла с целью назначения начальных технологических остаточных напряжений конструкции при технологическом ППД проведено экспериментальное исследование напряженного состояния прецизионной детали на примере золотника и поршня регулятора скорости.

Статическое тензометрирование прецизионной детали растягивающими и сжимающими эксплуатационными нагрузками проводилось на безмоторном стенде – гидропульсаторе ЦДМ200ПУ. Диаметральные зазоры в соединениях прецизионной детали «поршень – втулка» и «золотник – втулка» соответствовали 110–4 и 210–4 м.

Pages:     | 1 || 3 |






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