Влияние методов обработки поверхностным пластическим деформированием на повышение эксплуатационных свойств деталей. Исследование качества поверхностного слоя при различных видах обработки динамическими методами поверхностного пластического деформирования.
При низкой оригинальности работы "Повышение эксплуатационных свойств деталей при обработке динамическими методами поверхностного пластического деформирования", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ОБРАБОТКЕ ДИНАМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯугол встречи индентора с поверхностью детали; коэффициент, учитывающий влияние соседних шариков при динамических методах ППД; Pt - касательная составляющая силы взаимодействия; коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности детали на площадь фактического контакта; коэффициент, который учитывает влияние формы пятна контакта;В процессе ППД, одновременно с обработкой поверхности детали, производится ее упрочнение и, как следствие, происходит улучшение эксплуатационных свойств, что в свою очередь приводит к увеличению ЖЦ деталей. Трудности, способные возникнуть в процессе обработки ППД, в основном, следует отнести к поиску оптимальных режимов обработки, т. к. от рациональности назначения зависят не только увеличение прочности и долговечности деталей, но и достижение требуемого качества поверхностного слоя. Цель работы заключается в повышении эффективности обработки динамическими методами ППД, за счет максимального использования резервов физического упрочнения материала деталей, на основе разработки адекватных теоретических моделей формирования характеристик поверхностного слоя деталей. Предметом исследования является процесс формирования требуемых параметров качества поверхностного слоя деталей в результате обработки динамическими методами поверхностного пластического деформирования, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств деталей. Достоверность научных результатов обеспечивается корректной математической постановкой задач, адекватно отражающих закономерности формирования качества поверхностного слоя деталей при обработке динамическими методами поверхностного пластического деформирования, применением современного экспериментального оборудования, статистических методов оценки погрешностей измерений; подтверждается сходимостью теоретических и экспериментальных данных и практической реализацией предлагаемой технологии в производственных условиях.В зависимости от условий воздействия внешней среды и условий работы, необходимо обеспечить формирование требуемых значений основных эксплуатационных свойств деталей: износостойкость, контактная жесткость, коррозионная стойкость, контактная прочность, герметичность соединений, усталостная прочность и долговечность, прочность посадок. Свойство, определяющее способность поверхностных слоев деталей сопротивляться разрушению при трении-скольжения, трении-качения, а также при микроперемещениях, обусловленных воздействием вибраций. В работах, направленных на исследование контактной жесткости деталей, говорится о зависимости данной величины от отдельных геометрических характеристик поверхностного слоя деталей, а также от микротвердости и остаточных напряжений [71]. Если деталь обладает достаточной коррозионной стойкостью, то при соприкосновении с активной средой не происходит коррозионного растрескивания поверхности детали и сокращения ЖЦ. Повышение усталостной долговечности и, следовательно, увеличение жизненного цикла детали происходит, если обеспечивается формирование остаточных сжимающих напряжений, упрочнение, уменьшение шероховатости поверхностного слоя и др.Для решения этой задачи в руках технологов имеется большой ассортимент современных способов, среди которых особое место занимают методы поверхностного пластического деформирования. Наибольший интерес в области обработки поверхностным пластическим деформированием представляют работы: Кудрявцева И.В. Под ППД понимают процесс обработки, при котором не происходит образования стружки, а пластическое деформирование тонкого поверхностного слоя детали сопровождается перемещением (перераспределением) материала в результате приложенных нагрузок. Поверхность, обработанная методами ППД, имеет достаточную твердость, сжимающие остаточные напряжения в поверхностном слое, сглаженные микронеровности. При обработке статическими методами ППД деформирующий инструмент или рабочие среды, воздействуют на поверхность обрабатываемых деталей с постоянным усилием Р, при этом происходит плавное перемещение инструмента и соответственно очага деформации под ним по всей поверхности детали, подлежащей обработке.При обработке динамическими методами ППД в зоне контакта индентора с деталью возникает очаг деформации (ОД), в котором проходят процессы течения металла. В виду того, что мартенсит имеет больший удельный объем, по сравнению с остаточным аустенитом, поверхностный слой обработанных деталей поверхностным пластическим деформированием, стремится увеличить свои размеры. Внешний слой обрабатываемого металла в процессе обработки подвержен нагреву, при этом поверхностный слой стремиться к удлинению, более холодный внутренний слой препятствует протеканию данного процесса.
План
Оглавление
Принятые сокращения и условные обозначения
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и постановка задачи исследований
1.1 Анализ влияния параметров качества поверхностного слоя на эксплуатационные свойства деталей
1.2 Влияние методов обработки поверхностным пластическим деформированием на повышение эксплуатационных свойств деталей
1.3 Роль технологического наследования в формировании параметров качества поверхностного слоя и эксплуатационных свойств деталей машин
1.4 Краткий обзор работ в области обработки деталей методами поверхностного пластического деформирования
1.5 Исследование напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя детали методом конечных элементов
1.6 Цель и задачи исследований
Глава 2. Теоретические исследования формирования качества поверхностного слоя в процессе обработки динамическими методами поверхностного пластического деформирования
2.1 Моделирование процесса взаимодействия инденторов с обрабатываемой поверхностью детали
2.2 Расчет основных параметров упрочнения поверхностного слоя детали при обработке динамическими методами поверхностного пластического деформирования
2.3 Расчет времени обработки
Глава 3. Методика проведения экспериментальных исследований
3.1Технологическое оборудование
3.1.1 Центробежно-ротационная обработка
3.1.2 Вибрационная обработка
3.1.3 Обработка шарико-стержневым упрочнителем
3.2 Приборы и приспособления для экспериментальных исследований
3.3 Образцы для проведения экспериментальных исследований
3.4 Подготовка рабочей среды
3.5 Методика измерения параметров шероховатости поверхности
3.6 Методика измерения микротвердости поверхностного слоя
3.7 Методика исследований остаточных напряжений
3.8 Методика исследование явления перенаклепа поверхностного слоя
Глава 4. Экспериментальные исследования процесса обработки деталей динамическими методами поверхностного пластического деформирования
4.1 Определение обобщающего коэффициента эффективной скорости
4.2 Исследование параметров качества поверхностного слоя при различных видах обработки динамическими методами поверхностного пластического деформирования
4.3 Исследование остаточных напряжений
4.4 Исследование явления перенаклепа поверхностного слоя деталей
Глава 5. Методические рекомендации по проектированию технологических процессов обработки динамическими методами поверхностного пластического деформирования
5.1 Разработка методики оптимизации технологических процессов по критерию интенсивности деформации наиболее близкой к равновесной
5.2 Общая структура САПР ТП
5.3 Оптимизация технологических параметров динамических методов обработки поверхностным пластическим деформированием
5.4 Внедрение результатов исследований в производство
На сегодняшний день машиностроение является одной из активно развивающихся отраслей. Предъявляется высокой уровень требований к качеству и долговечности изготавливаемых деталей. Известно, что долговечность непосредственно связана с качественными характеристиками поверхностного слоя. Также существует зависимость эксплуатационных свойств деталей от качества поверхностного слоя.
Формирование эксплуатационных свойств происходит на протяжении всех этапов изготовления, в особенности, на операциях финишной обработки. На этапе эксплуатации влиять на сформировавшиеся свойства нет возможности. Поэтому, задача технологического обеспечения качества поверхностного слоя деталей, является одной из важнейших при решении проблемы повышения эксплуатационных свойств и увеличения жизненного цикла (ЖЦ).
Одним из перспективных способов, используемых на финишных этапах обработки, является поверхностное пластическое деформирование (ППД). Сущность ППД заключается в том, что требуемые размеры и качественные характеристики поверхностного слоя достигаются не срезанием части материала, а его пластическим формоизменением. В процессе ППД, одновременно с обработкой поверхности детали, производится ее упрочнение и, как следствие, происходит улучшение эксплуатационных свойств, что в свою очередь приводит к увеличению ЖЦ деталей. Большой интерес инженеров к этим методам объясняется их широкими технологическими возможностями и существенными технико-экономическими преимуществами.
Трудности, способные возникнуть в процессе обработки ППД, в основном, следует отнести к поиску оптимальных режимов обработки, т. к. от рациональности назначения зависят не только увеличение прочности и долговечности деталей, но и достижение требуемого качества поверхностного слоя. Зачастую параметры режимов обработки назначаются исходя из результатов, полученных эмпирических путем, что не всегда приводит к желаемому результату обработки. Исходя из этого, следует, что предпочтительнее, в условиях современного производства, иметь методику оптимизации упрочняющей обработки, гарантирующую не только заданное качество поверхностного слоя, но и позволяющую обеспечить благоприятную картину остаточных напряжений.
Цель работы заключается в повышении эффективности обработки динамическими методами ППД, за счет максимального использования резервов физического упрочнения материала деталей, на основе разработки адекватных теоретических моделей формирования характеристик поверхностного слоя деталей.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Разработка теоретических моделей формирования глубины упрочнения и степени деформации поверхностного слоя;
2. Экспериментальные исследования формирования остаточных напряжений в поверхностном слое деталей при динамических методах ППД;
3. Компьютерное моделирование процесса формирования в поверхностном слое деталей остаточных напряжений;
4. Разработка методики оптимизации технологических процессов по критерию максимального предела выносливости с целью реализации резервов упрочнения материала деталей.
Объектом исследования являются технологические процессы обработки деталей динамическими методами поверхностного пластического деформирования.
Предметом исследования является процесс формирования требуемых параметров качества поверхностного слоя деталей в результате обработки динамическими методами поверхностного пластического деформирования, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств деталей.
Методологической базой исследований является определение технологических закономерностей динамических методов ППД, на базе которых формируются основные показатели качества поверхностного слоя деталей (глубина упрочненного слоя, степень деформации, шероховатость поверхности, сжимающие остаточные напряжения).
Методы исследования: - теоретические исследования базируются на основных положениях технологии машиностроения, теоретической механики, теории вероятностей и математической статистики, математического моделирования;
- экспериментальные исследования выполнялись в лабораторных и производственных условиях на опытно-промышленном оборудовании, с использованием аттестованной контрольно-измерительной аппаратуры и поверенных приборов.
Достоверность и обоснованность научных результатов. Достоверность научных результатов обеспечивается корректной математической постановкой задач, адекватно отражающих закономерности формирования качества поверхностного слоя деталей при обработке динамическими методами поверхностного пластического деформирования, применением современного экспериментального оборудования, статистических методов оценки погрешностей измерений; подтверждается сходимостью теоретических и экспериментальных данных и практической реализацией предлагаемой технологии в производственных условиях.
Научная новизна. Получены зависимости влияния режимов обработки, характеристик рабочих сред и физико-механических свойств материала обрабатываемых деталей на параметры качества поверхностного слоя. Разработаны закономерности проектирования технологических процессов, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств обрабатываемых деталей. Предложены методика и алгоритм оптимизации ТП динамических методов обработки ППД по критерию максимальной реализации резервов упрочнения материала деталей.
Практическая значимость работы. Получены зависимости для определения параметров качества поверхностного слоя деталей. Разработана методика инженерных расчетов оптимальных параметров технологических процессов обработки динамическими методами ППД с целью повышения эксплуатационных свойств обработанных деталей.
Теоретическая значимость работы заключается в создании комплекса теоретических моделей формирования показателей качества поверхностного слоя, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств обработанных деталей на основе которых разработана методика оптимизации ТП.
Основные положения, выносимые на защиту: 1. Закономерности влияния технологических параметров обработки на качество поверхностного слоя детали;
2. Основные закономерности влияния режимов обработки и характеристик рабочих сред на повышение эксплуатационных свойств деталей;
3. Методика и алгоритм оптимизации ТП динамических методов обработки ППД по критерию максимальной реализации резервов упрочнения материала деталей.
Личный вклад автора заключается в постановке цели и задач исследования, выборе методик, проведении теоретических исследований, анализе и обобщении аналитических результатов, выполнении экспериментальных исследований, формулировании обоснованных выводов при составлении материалов публикаций и докладов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийских конференциях, конференциях с Международным участием и Международных симпозиумах: 1. Наука сегодня: теория, методология, практика, Вроцлав, 2013 г.
2. Инновационные технологии в машиностроении и металлургии, г. Ростов-на-Дону, 2013-2015 гг.
3. Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения, г. Ростов-на-Дону, 2014-2016 гг.
4. Перспективные направления развития финишных методов обработки прецизионных поверхностей деталей наукоемких изделий; виброволновые технологии, г. Ростов-на-Дону, 2016 г.
5. Волновые, виброволновые технологии в машиностроении, металлообработке и других отраслях, г. Ростов-на-Дону, 2014 г.
6. Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации, г. Курск, 2014, 2015 гг.
7. Жизненный цикл конструкционных материалов, г. Иркутск, 2014, 2015 гг.
8. Инновации, качество и сервис в технике и технологиях, г. Курск, 2014 г.
9. Инновации, экология и ресурсосберегающие технологии, г. Ростов-на-Дону, 2014 г.
10. Фундаментальные и прикладные проблемы современной техники, г. Ростов-на-Дону, 2014 г.
11. Юбилейная конференция студентов и молодых ученых, посвященная 85-летию ДГТУ, г. Ростов-на-Дону, 2015 г.
12. Теплофизические и технологические аспекты повышения эффективности машиностроительного производства, г. Тольятти, 2015 г.
13. Интегрированные и виброволновые технологии в машиностроении, металлообработке и др. отраслях, г. Ростов-на-Дону, 2015 г.
14. Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации - 2015, г. Пермь, 2015 г.
15. Динамика технических систем, г. Ростов-на-Дону, 2015 г.
Публикации результатов работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 25 научных работ, в том числе 6 статей в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, приложения. Основная часть работы изложена на 144 страницах, содержит 51 рисунок, 21 таблицу. Список литературы включает 98 наименований.
Работа выполнена на кафедре «Технология машиностроения» Донского государственного технического университета.
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
