Формування поверхневого шару деталей вигладжуванням для підвищення їх ресурсу - Автореферат

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукПроцеси вигладжування деталей із сталей, сплавів на основі нікелю та алюмінієвих сплавів широко використовуються у промисловості. Вирішення питань забезпечення ефективності вигладжування різних конструкційних матеріалів, у тому числі титанових сплавів, можливе тільки при комплексному аналізі факторів, що впливають на параметри якості деталей виробів при формуванні поверхневого шару, і системному розвитку теорії та практики процесів вигладжування. Робота виконувалась відповідно до тематичного плану держбюджетних науково-дослідних робіт Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» (НТУУ «КПІ») за темами: “Розроблення методу діагностики технічного стану та прогнозування ресурсу конструкцій з урахуванням технологічної і експлуатаційної спадковості” (код державної реєстрації 0106U002266), 2006-2008 р.р., здобувачем виконані розділи 6, 7, 8; «Створення технологічної механіки пластичного формоутворення при складному навантаженні в ізотермічних умовах відповідальних елементів конструкцій з евтектично зміцнених титанових сплавів» (код державної реєстрації 0107U002086), 2007-2009 р.р., здобувачем виконані розділи 7, підрозділи 3.2, 5.2; «Дослідження процесів структуроутворення та створення теорії інтенсивного пластичного деформування алюмінієво-літієвих та титанових сплавів» (код державної реєстрації 0110U002407), 2010 рік. На основі аналізу сучасного стану і перспектив розвитку процесів вигладжування деталей з конструкційних матеріалів сформулювати їх недоліки та визначити основні задачі дослідження, які забезпечують високі параметри якості поверхневого шару деталей та підвищення ресурсу виробів; Розробити математичну модель контактної взаємодії деталі та інструмента при вигладжуванні за наявності змащувального шару та визначити режими обробки деталей, що забезпечують умови тертя, близькі до гідродинамічних режимів;Враховуючи проведений аналіз недоліків робіт попередніх дослідників сформульовано ідею забезпечення необхідних параметрів якості поверхневого шару при вигладжуванні за рахунок управління швидкістю обробки та силою навантаження інструмента для зменшення коефіцієнта тертя, а також мету і завдання дослідження. Вважаємо, що деформація поверхневого шару деталі при вигладжуванні здійснюється притиснутим до оброблюваної поверхні з силою Ру сферичним інструментом (індентором) з радіусом R, який вдавлюється в неї на глибину Н (рис. Кінематично процес деформування деталі при вигладжуванні включає переміщення матеріальних частинок поверхневого шару по глибині та зміщення їх уздовж твірної інструменту: ,(1) де , , - вектори швидкості переміщення матеріальних частинок в осередку деформації відповідно: загальний; за рахунок вдавлювання інструмента зі швидкістю VB; зсуву за рахунок сил тертя при ковзанні індентора по поверхні деталі зі швидкістю VC. В роботі встановлено взаємозвязок та отримана функціональна залежність між швидкістю переміщення матеріальних частинок поверхневого шару VB у вертикальному напрямку та швидкістю обробки деталі при вигладжуванні V. Результати чисельного розрахунку впливу коефіцієнта тертя між індентором і поверхнею деталі (сплав Х12НМБФ-Ш) на НДС поверхневого шару свідчать про таке: 1) зі збільшенням коефіцієнта тертя від 0,05 до 0,25, величина діючих нормальних напружень sy збільшується на 20 - 27% і досягає значення близько 2300 МПА стиску, а максимальна величина напружень зсуву на поверхні збільшується більш ніж в 3 рази з 150 до 480 МПА (рис.Використання теорії пластичної течії при деформуванні та гідродинамічної теорії при контактній взаємодії індентор-деталь дозволило реалізувати єдиний підхід для встановлення взаємозвязку між режимами обробки (швидкістю, зусиллям, видом змащування та іншими) та параметрами якості поверхневого шару деталей (залишкові напруження, зміцнення та інші), а також втомною міцністю матеріалу деталей. Розроблена кінематична модель вигладжування, що описує поле швидкостей переміщень матеріальних часток в осередку деформації, яка дозволила звязати параметри процесу деформування поверхневого шару деталі зі швидкістю обробки. Врахування деформації зсуву в поверхневому шарі дозволило встановити залежність параметрів якості від коефіцієнта тертя на контактній поверхні індентор-деталь. Результати розрахунку НДС в осередку деформації під час обробки та в поверхневому шарі після обробки (пружна задача розвантаження) підтверджені чисельним моделюванням та експериментальними дослідженнями, похибка розрахунку не перевищує 8 - 12 %. У результаті чисельного моделювання процесу вигладжування в системі CAD/CAE ANSYS в квазідинамічній постановці встановлено, що після повторної обробки вигладжуванням спостерігається збільшення максимальних значень залишкових напружень на 10 - 15 %, але наступні проходи практично не впливають на їх величину.

Основний зміст роботи