WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Горшков Евгений Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ комплексного ПРИМЕНЕНИЯ дифференцированнОГО гидродробеструйнОГО упрочнениЯ и КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.02.08 – Технология машиностроения

АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной 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

Васин Алексей Николаевич

- кандидат технических наук

Комиссаренко Евгений Алексеевич

Ведущая организация: ООО «ПКР Дизельсервис», г. Балаково

Саратовской области

Защита состоится 16 июня 2008 г. в 12.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.02 при ГОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет» по адресу: 410054, 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 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета А.А.Игнатьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы определяется необходимостью совершенствования теории и практики технологии поверхностного пластического деформирования применением дифференцированного гидродробеструйного упрочнения (ГДУ) и композиционных материалов в подшипниках скольжения, получивших широкое распространение в тяжелом и транспортном машиностроении..

Дифференцированное гидродробеструйное упрочнение как разновид-ность технологии поверхностного пластического деформирования (ППД) позволяет на высоконагруженных деталях из углеродистой и конструкционной стали упрочнить поверхностный слой, активно управлять деформационным упрочнением различных участков поверхности конструкции, что дает возможность существенно повысить равномерность нагружения смежных объемов металла и равнопрочность при усталостном нагружении. Покрытие рабочей поверхности шатунных подшипников композиционным материалом как разновидность совершенствования технологии поверхностного пластического деформирования снижает коэффициент динамичности в масляном слое за счёт демпфирующей способности пористого антифрикционного слоя. При этом колебательный процесс в масляном слое подшипника полностью демпфируется, повышая его несущую способность и, соответственно, эксплуатационную надежность конструкций.

В работах многих отечественных и зарубежных исследователей отмечается, что напряжения, оставшиеся в поверхностных слоях после ППД, помимо других факторов, тесно связаны с начальными технологическими остаточными напряжениями, возникающими в очаге деформации и в прилегающих к нему областях. Среди работ, относящихся к вопросу изучения начальных технологических остаточных напряжений при ППД применительно к условиям ГДУ, выделяются исследования И.В. Кудрявцева, А.Н. Овсеенко, В.В. Петросова, Д.Д. Папшева и других. Однако для условий ГДУ пренебрежение взаимосвязью между дифференцированным упрочнением и начальными технологическими остаточными напряжениями приводит к значительным погрешностям. Для расчета начальных технологических остаточных напряжений, определяющих качество упрочнения и запасы усталостной прочности детали, приходится решать задачи напряженности конструкции при технологии ППД.

Цель работы совершенствование технологии изготовления подшипников скольжения на основе комплексного применения дифференцированного гидродробеструйного упрочнения и композиционных материалов для повышения эксплуатационной надежности подшипников.

Научная новизна диссертации:

1. Теоретическое обоснование совершенствования технологии дифферен-цированной гидродробеструйной обработки рабочих поверхностей деталей и подшипников скольжения на основе исследования влияния напряженной деформационно-силовой обстановки на характер формирования начальных технологических остаточных напряжений на примере стержня разнородной упругости.

2. Обоснование технологии изготовления подшипников скольжения в условиях поверхностного пластического деформирования путем применения композиционных материалов с разработкой математической модели нагружения масляного слоя.

3. Разработка математической модели и совершенствование техноло-гических режимов дифференцированного гидродробеструйного упрочнения и технологии изготовления композиционных материалов, учитывающие технические и технологические ограничения, которые позволяют активно управлять деформационным упрочнением различных участков поверхности детали и минимальной толщиной слоя смазки в конструкции.

Методы и средства исследования. В теоретических исследованиях использовались методы технологии машиностроения, расчетно-аналитические методы теории упругости, сопротивления материалов и конечных элементов. Экспериментальные исследования базировались на электротензометрии, метрологии, применении приборов «Стресскан» (США - Финляндия) и «ИОН - 4М» при исследовании начальных технологических остаточных напряжений после ППД деталей; на емкостном методе при исследовании гидродинамики подшипников скольжения.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Достигнут переход к эффективному управлению начальными технологическими остаточными напряжениями при обработке, определена область наиболее рациональных режимов поверхностного пластического деформирования. Конструкционно-технологические решения, совершенствование технологии применением композиционных материалов изменяют условия смазывания в подшипниках скольжения путем демпфирования колебательного процесса и снижения динамики нагружения. Предлагаемое совершенствование технологии позволяет повысить эксплуатационную надежность деталей до 20%. Результаты исследования явились основой для создания подшипников скольжения, получивших промышленную апробацию. Внедрение результатов исследования осуществлено в ОАО «Волжский дизель им. Маминых» и других организациях при изготовлении деталей с высоким технологическим уровнем и эксплуатационной надежностью.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XI Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении» (Пенза, 2007), Межгосударственных научно-технических семинарах по двигателям внутреннего сгорания (Саратов, 2005-2007), ежегодных научно-технических конференциях СГТУ (2001-2007), заседаниях кафедры «Технология и автоматизация машиностроения» БИТТУ СГТУ, заседаниях кафедры «Технология машиностроения» СГТУ.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 1 в журнале, рекомендованном для публикации ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы. Диссертационная работа изложена на 139 страницах машинописного текста, содержит 46 рисунков, 24 таблицы, список литературы включает 125 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе проводится обзор работ по совершенствованию технологических методов повышения эксплуатационной надежности деталей и гидродинамики подшипников скольжения дизелей.

В плане совершенствования технологии путем повышения эксплуатационной надежности деталей, например, гидродробеструйной обработкой (ГДО) имеется ряд публикаций, уделяющих первостепенное внимание вопросам образования начальных технологических остаточных напряжений, и объемных изменений металла по сечению материала при обработке. При этом стабилизация физико-технических параметров поверхностного слоя, перераспределение начальных технологических остаточных напряжений с образованием эпюр, присущих только поверхностному наклепу, эквивалентны снятию внутренних сил от начальных технологических остаточных напряжений.

Известно совершенствование обработки металлов ультразвуком для снятия начальных технологических остаточных напряжений. Недостатком известного способа стабилизации технологических остаточных напряжений является невысокая эксплуатационная надежность из-за необеспеченности полной стабилизации технологических остаточных напряжений.

Для расчета минимальной толщины смазочного слоя А.К. Дьячковым предложена эмпирическая зависимость среднего давления в слое от цикличе­ской нагрузки на подшипник за время ее проявления. Данная работа носит качест­венный характер, не учитывает динамики нагружения масляного слоя, а рас­четная величина hmin, характеризующая среднее положение вала за цикл, не может быть достоверным критерием эксплуатационной надежности подшипника.

В настоящее время в практике отечественного машиностроения наиболее распространен гидродинамический расчет подшипников скольжения по методу С.М. Захарова и В.Ф. Эрдмана как наиболее полно учитывающий гидро­динамические характеристики смазочного слоя, конструктивные параметры подшипников скольжения и дающий наиболее полное схождение результатов расчета с экспериментом. Рассмотренные методы не учитывают колебательные явления и динамику нагружения масляного слоя шатунного подшипника скольжения высокофорсированных дизелей.

Обзор опубликованных работ по силовым схемам расчета деталей и гидродинамики подшипников показывает, что в настоящее время отсутствует аналитический метод количественного определения напряжений в деталях и минимальной толщины смазочного слоя подшипников - основных критериев оценки эксплуатационной надежности в производственных условиях, в зависимости от величины и характера изменения динамики сил, задаваемых реальными индикаторными диаграммами, не раскрыт механизм образования динамики нагружения кривошипно-шатунных механизмов (КШМ).

Во второй главе приводятся исследования по применению комплексных технологических методов и средств совершенствования технологии изготовления подшипников скольжения для обоснования параметров дифференцированной гидродробеструйной обработки и повышения эксплуатационной надежности подшипников скольжения путем снижения коэффициента динамичности изменением условий смазки с применением нового композиционного материала.

В настоящее время в ОАО «Волжский дизель им. Маминых» и на других предприятиях детали типа шатуна изготавливают из покупных штамповок с припуском от 5 до 10 мм. В механическом цехе для обработки контура шатуна применяются 25 фрезерных станков, в том числе копировальных и станков с ЧПУ.

На завершающей стадии изготовления детали используется сухая дробеметная обработка. Отверстия в деталях под подшипники растачивают на алмазно-расточных и хонинговальных станках.

Недостатки существующей технологии обусловлены применением штамповки с большим припуском под механическую обработку, что значительно снижает коэффициент использования металла Ким (Ким=0,3-0,4), приводит к большому количеству фрезерных операций. Применение сухой дробеметной обработки характеризуется быстрым износом деталей дробеметной установки, дроби, обилием металлической пыли. Кроме того, полировка деталей как финишная операция осуществляется ручными шлифовальными машинами, что также нецелесообразно.

Жизненный цикл детали (кривошипной головки шатуна) по критерию «вероятность безотказной работы» (tср=1240 ч) и конструкции (поршневая головка шатуна) (tср=1100 ч) под­тверждается оценкой живучести по критерию появления микротрещин (N=1190 ч), что указывает на относительно низкую эксплуатационную на­дежность конструкции и требует разработки дополнительных мер по увели­чению ресурса высоконагруженной детали. Совершенствование технологии ГДО деталей состоит в том, что предполагается применение точной штамповки заготовки с нулевым припуском по наружному контуру. За счет ГДО по наружному контуру нейтрализуется дефектный слой, образованный после горячей штамповки и термообработки, который снижает эксплуатационную надежность детали. Дифференцированная гидродробеструйная обработка конструкции повышает предел усталостной прочности в области, подверженной усталостному разрушению и концентрации напряжений. Как финишная операция гидродробеструйная обработка на заключительной стадии исключает полировку.

Для более полного учета влияния указанных параметров и обоснования в ОАО «Волжский дизель им. Маминых» разработан метод совершенствования технологии изготовления - дифференцированное гидродробеструйное упрочнение наружной поверхности конструкции по а.с. № 1656205, сущность которого рассматривается на примере ППД поршневой и кривошипной головок шатуна транспортного дизеля 6ДМ-21А. В поверхностном слое детали - поршневой и кривошипной головок уровень начальных технологических остаточных напряжений наводят дифференцированным упрочнением по зонам по высоте шатуна от верхней точки поршневой головки:

(0-0,3dп) (0,3-0,6dп) (0,15-0,7) ; 0,7-dк 0,6dп -0,15

где dп, dк – соответственно диаметры поршневой и кривошипной головок;

- длина стержня шатуна; - сжимающие технологические остаточные напряжения; - предел текучести материала детали.

Превышение верхнего предела во всех зонах детали приводит к нарушению адекватности напряжений разгрузки напряжениям нагрузки и не обеспечивает выравнивание напряженности смежных объемов металла и, следовательно, их равнопрочности. При уменьшении нижнего предела значительно падает эффективность упрочняющего влияния параметра сжимающих напряжений как самостоятельного фактора, а также нарушается условие обеспечения адекватности распределения распределению. Сущность изложенного метода поясняется на рис. 1:

Рис. 1. Распределение в детали (шатуне) до и после их взаимодействия с рабочими динамическими напряжениями

распределение характерных зон (поз. 1) по поверхности детали - шатуна (распределение рабочих динамических напряжений имеет 5 характерных зон, в пределах которых оно имеет одинаковый характер); эпюры средних циклических напряжений (поз. 1); распределение упрочняющих начальных технологических остаточных напряжений сжатия в детали (поршневой и кривошипной головках шатуна) до (поз. 3) и после (поз. 5) их взаимодействия с циклическими напряжениями в различных сечениях (поз. 4 и 6).

Pages:     || 2 | 3 |






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