авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Отжига деталей машин и механизмов из серого и высокопрочного чугуна

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Зинченко Владислав Александрович

УДК 681.51.001.2:621.002.2

УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ОТЖИГА ДЕТАЛЕЙ МАШИН И МЕХАНИЗМОВ ИЗ СЕРОГО И ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА

Специальности:

05.13.06 «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами» (машиностроение);

05.02.08 «Технология машиностроения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Ижевск 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет».

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Михайлов Ю.О.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Ефимов И.Н.

доктор технических наук,

профессор Власов О.Г.

Ведущая организация: Научно-исследовательский

технологический институт «Прогресс»,

г. Ижевск

Защита состоится «25» декабря 2008 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.065.06 в Ижевском государственном техническом университете по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.

Отзывы на автореферат, заверенные гербовой печатью, просим высылать по указанному адресу в двух экземплярах.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ижевского государственного технического университета. С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ИжГТУ: http://www.istu.ru .

Автореферат разослан 14 ноября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук,

доцент ___________________ В.Н.Сяктерев

Общая характеристика работы

Актуальность. Повышение стабильности размеров базовых деталей машин и механизмов, изготовляемых из серого и высокопрочного чугуна, является важнейшей проблемой современного точного машиностроения.

К точности деталей предъявляются очень высокие требования, так, например, непрямолинейность направляющих поверхностей точного металлообрабатывающего станка, имеющих длину несколько метров, в ряде случаев не должна превышать 1-2 мкм.

Большинство деталей станков изготовляют из чугунных отливок, в которых в процессе охлаждения их в литейных формах формируются достаточно большие остаточные напряжения, достигая значений 100-150 МПа (10-15 кг/мм2), что близко к пределу прочности чугуна.

Основной причиной коробления деталей, т.е. потеря ими исходной геометрической точности является перераспределение и релаксация технологических остаточных напряжений.

Коробление деталей в процессе их изготовления вследствие перераспределения сохранившихся остаточных напряжений в заготовке приводит к повышению трудоемкости и к введению ручной механической операции шабрения направляющих поверхностей базовых деталей. Коробление деталей также происходит в процессе эксплуатации, обусловленное релаксацией остаточных напряжений.

Для снижения остаточных напряжений в чугунных деталях их подвергают различным видам обработки. Наиболее применяемый в производстве метод низкотемпературного отжига (искусственного старения) позволяет снимать только 50-60% исходных напряжений в деталях.



Существующие методы стабилизации размеров не позволяют кардинально снизить исходный уровень остаточных напряжений в чугунных заготовках, тем самым не устраняется причина, вызывающая коробление.

Таким образом, исследования направленные на разработку эффективных методов снижения исходных остаточных напряжений в чугунных отливках следует рассматривать как актуальную проблему и в теоретическом, и в практическом аспектах, особенно учитывая тенденцию дальнейшего увеличения выпуска изделий точного машиностроения.

Целью диссертационной работы является повышение качества и эффективности управления технологическим процессом отжига, обеспечивающим высокую геометрическую точность и стабильность размеров готовых чугунных деталей машин и механизмов из серого и высокопрочного чугуна.

Достижение цели обеспечивается постановкой и решением следующих задач:

– разработка нового способа отжига чугунных отливок, обеспечивающего полное снятие остаточных напряжений;

– разработка алгоритмов управления технологическим процессом отжига, обеспечивающих высокий уровень снятия остаточных напряжений и сохранение механических свойств в чугунных отливках;

– реализация алгоритмов управления технологическим процессом отжига в промышленных условиях для базовых деталей металлообрабатывающих станков.

Объектом исследования являются физические процессы, происходящие при снижении остаточных напряжений в отливках из серого и высокопрочного чугуна в результате отжига.

Предметом исследования являются:

  • способы управления технологическим процессом отжига;
  • теоретические основы разработки алгоритмов оптимального управления отжигом;
  • экспериментальная проверка технологической работоспособности системы управления отжигом.

Методы исследований. Теоретическая часть работы основывается на использовании положений теории явления субкритической сверхпластичности чугуна. Экспериментальные исследования выполнялись на образцах из серого и высокопрочного чугуна с использованием аттестованного серийного оборудования и приборов. Реализация алгоритом оптимального управления технологическим процессом отжига, проводилась в условиях ряда промышленных предприятий.

Научная новизна диссертационной работы определяется следующими положениями:

– теоретическим обоснованием принципов разработки нового способа отжига чугунных отливок, основанного на теории эффекта субкритической сверхпластичности;

– разработкой эффективных способов управления режимами отжига, позволяющими полностью снимать остаточные напряжения в чугунных отливках.

На защиту выносятся:

  1. Основные принципы разработки оптимальных режимов управления технологическими параметрами, основанные на теории явления субкритической сверхпластичности;
  2. Новый способ отжига чугунных отливок (защищен авторским свидетельством на изобретение а.с.1553563);
  3. Алгоритм оптимального управления технологическим процессом отжига.

Практическая ценность. Разработанные алгоритмы управления положены в основу разработки прогрессивных технологий отжига деталей машин и механизмов из серого и высокопрочного чугуна, обеспечивающих значительное уменьшение коробления деталей при механической обработке и повышение стабильности размеров в процессе эксплуатации.

Разработанные режимы управления отжигом позволяют снизить энергозатраты в 2-3 раза, продолжительность термообработки в 3-4 раза по сравнению с режимами искусственного старения (низкотемпературного отжига).

Использование нового способа отжига позволяет снизить трудоемкость изготовления чугунных деталей за счет совмещения черновой и чистовой механической обработки, а также исключения операции шабрения.

Практическая ценность и научная новизна полученных результатов подтверждена патентом на изобретение (а.с. 1553563, патент 1991 г.).

Реализация результатов работы. Разработанные режимы управления технологическим процессом отжига внедрены для широкой номенклатуры чугунных деталей на ряде промышленных предприятий: ОАО «АвтоВАЗ», ПО «Воткинский завод», ПО «Ижмаш», РСПО «Рязанское станкостроительное производственное объединение», ХСЗ «Харьковский станкостроительный завод».

Фактический годовой экономический эффект, подтвержденный актами внедрения от использования разработанных технологий отжига чугунных отливок, составляет 390 тыс. руб. (в ценах 1991 г.).

Апробация работы. Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и съездах:

– «I конференция молодых ученых ФТИ УрО АН СССР» (г. Ижевск, 1988 г.);

– зональная научно-техническая конференция «Математическое моделирование в инженерной практике» (г.Ижевск, 1988 г.);

– Всесоюзный семинар «Оптимшлифабразив-88» (г. Ленинград, 1988 г.);

– зональная научно-техническая конференция «Математическое обеспечение и автоматическое управление высокопроизводительными процессами механической и физико-химической обработки изделий машиностроения» (г. Андропов, 1988 г.);

– VII Всесоюзная конференция «Теплофизика технологических процессов» (г. Тольятти, 1988 г.);

  1. VII Всесоюзная конференция «Теплофизика технологических процессов» (г. Тольятти, 1988 г.);
  2. III Всесоюзный симпозиум «Технологические остаточные напряжения» (г. Москва, 1988г.);
  3. Всесоюзная научно-техническая конференция «Разработка и промышленная реализация новых механических и физико-химических методов обработки» (г. Москва, 1988 г.);
  4. отраслевой семинар «Финишные методы обработки» (г. Ижевск, 1988г.);
  5. семинар «Оптимизация структур и режимов термической обработки инструментальных материалов с целью повышения стойкости инструмента» (г. Москва, 1989 г.);
  6. «I Всесоюзный съезд технологов-машиностроителей» (г. Москва, 1989г.)
  7. республиканская научно-техническая конференция «Сверхтвердые материалы и инструменты в ресурсосберегающих технологиях» (г. Киев, 1989 г.);
  8. научно-техническая конференция «ИМИ – 40 лет» (г. Ижевск, 1992 г.);
  9. VIII конференция «Теплофизика технологических процессов» (г. Рыбинск, 1992 г.)
  10. научно-техническая конференция с международным участием, посвященная 50-летию ИжГТУ (19-22 февраля 2002 г., г. Ижевск).
  11. научно-техническая конференция «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства». (13-14 апреля 2004 г., г. Ижевск).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 20 печатных работах, в том числе получен патент на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, общих выводов и приложения. Работа содержит 125 страниц текста, включая 27 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 112 наименований.

Содержание диссертационной работы.

Во введении обоснована актуальность исследований в направлении повышения стабильности размеров деталей машин и механизмов из серого и высокопрочного чугуна путем управления уровнем снижения остаточных напряжений при отжиге.

Показана необходимость в разработке более эффективных способов снятия напряжений при проведении отжига.

Изложена краткая характеристика и содержание работы. Тезисно отражены основные положения, результаты исследования. Показана научная новизна и практическая ценность диссертационной работы.

В первой главе на основании аналитического обзора литературных данных рассмотрены механизмы образования остаточных напряжений в чугунных отливках и причины, вызывающие коробление деталей в процессе их изготовления и эксплуатации. Проведен анализ существующих методов стабилизации размеров чугунных деталей.

Большой вклад в изучение остаточных напряжений и методов стабилизации размеров чугунных отливок внесли такие ученые, как Е. Гейн, И.А. Биргер, Н.Г. Гиршович, О.Ю. Коцюбинский, Г.А. Адоян, Л.С. Константинов, А.П. Трухов, А.П. Гуляев, И.И. Новиков, С.А. Шевчук и др.

Основной причиной образования остаточных напряжений в чугунных отливках является неравномерная пластическая деформация различных участков отливки, которая вызывается:

а) неравномерностью охлаждения различных участков отливки в форме;

б) сопротивлением литейной формы усадке металла;

в) различием коэффициентов температурного расширения отдельных участков отливки.

Основной вклад в образование остаточных напряжений вносит неравномерность охлаждения отливки в форме.

Причинами, вызывающими коробление чугунных деталей, являются изменения остаточных напряжений вследствие релаксации и их перераспределения в процессе изготовления и эксплуатации.

Коробление деталей при механической обработке обусловлено тем, что при удалении слоев металла нарушается равновесие остаточных напряжений, вызывая коробление (остаточную деформацию) до наступления нового состояния равновесия. Именно перераспределение уже существовавших в отливке остаточных напряжений является основной причиной коробления деталей при их механической обработке. Причем, при этом перераспределении в одних участках остаточные напряжения увеличиваются, а в других – уменьшаются. В результате возникают особенно благоприятные условия для возобновления коробления детали после механической обработки вследствие релаксации остаточных напряжений. Чем больше абсолютная величина остаточных напряжений и неоднородность степени релаксации напряжений на различных участках, тем больше коробление детали.





Основным способом стабилизации размеров и устранения коробления отливок является уменьшение абсолютной величины имеющихся в них остаточных напряжений.

Для уменьшения коробления и повышения стабильности размеров чугунных деталей их подвергают различным видам стабилизирующей обработки.

Существующие методы стабилизации размеров чугунных деталей можно разделить на две группы. К первой группе относятся методы, в которых отливки не подвергаются специальному силовому воздействию. К этой группе относятся методы естественного старения и низкотемпературный отжиг (искусственное старение). Ко второй группе относятся методы стабилизации, основанные на создании специального силового воздействия. К ним относятся методы статического и динамического нагружения отливки, а также метод термоудара. Наиболее используемым в настоящее время в производстве является метод искусственного старения.

Однако, все известные методы стабилизации размеров не позволяют радикально снизить исходный уровень остаточных напряжений в отливках, что не позволяет решить проблему существенного уменьшения коробления деталей в процессе их изготовления и повышения стабильности размеров при эксплуатации.

На основании проведенного анализа причин коробления чугунных деталей сформулирована цель работы и поставлены задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены теоретические предпосылки разработки нового способа отжига чугунных отливок, позволяющего полностью снимать остаточные напряжения. Представлены результаты исследования по разработке ускоренных режимов отжига и управления степенью снижения остаточных напряжений, позволяющие уменьшить коробление и повысить стабильность размеров деталей из серого и высокопрочного чугуна.

Для того, чтобы добиться снижения остаточных напряжений в изделии из чугуна, необходимо вызвать в нем пластическое течение (пластическую деформацию).

При рассмотрении механизма снятия остаточных напряжений при отжиге чугуна выявлено, что если изделия нагревать до температур, при которых предел текучести становится меньше остаточных напряжений, то вначале происходит быстрое снижение напряжений до величины предела текучести, а затем этот механизм пластической деформации сменяется ползучестью, приводящей к постепенной и затухающей во времени релаксации напряжений.

Следовательно, разработка режимов отжига, при которых остаточные напряжения будут сниматься полностью, сводится к нагреву до таких температур, когда предел текучести чугуна будет очень мал, то есть материал будет обладать очень высокой пластичностью. Рядом авторов (Гуляев А.П. и др.) указывается, что температуры, при которых у чугуна наблюдается аномально высокая пластичность, находятся в субкритическом интервале, т.е. в области температур 650–720С, примыкающим к началу - превращения. В указанном интервале температур наблюдается явление субкритической сверхпластичности, которое обусловлено тем, что вблизи фазового перехода кристаллическая решетка становится неустойчивой в результате ослабления межатомных связей. Однако, при температурах выше субкритического интервала (650–720С) пластичность чугуна резко падает, в том числе, при температуре фазового - превращения. Этот эффект субкритической сверхпластичности и обусловливает полноту снятия остаточных напряжений.

Исходя из таких теоретических предпосылок, строилась методика проведения экспериментальных исследований по разработке новых режимов отжига, позволяющих наиболее полно снимать остаточные напряжения в чугунных отливках.

Для исследований были изготовлены образцы в виде пластин 8x20x150 мм с приливами на концах. Между приливами помещали распорку в виде болта с гайкой, изготовленных из того же материала, что и образец. Вра­щением гайки вызывали изгиб образца; а по стреле прогиба, зафикси­рованной индикатором часового типа с ценой деления 10 мкм, рассчиты­ваем величину напряжений. Степень снятия остаточного напряжения определялась по изменению стрелы прогиба образца до и после отжига.

Исследования, проведенные на образцах из чугуна марок СЧ 20, СЧ 25, ВЧ 56 показали, что при температурах отжига 650-720С исходные остаточные напряжения снимаются практически полностью. Установлено, что при охлаждении образцов на воздухе вне печи с 450С новые остаточные напряжения не формируются.

Результаты экспериментов представлены в таблице.

Таблица 1.

Влияние режимов ускоренного отжига на степень снятия остаточных напряжений и изменение твердости чугуна СЧ 20, СЧ 25, ВЧ 56.

Темпе-ратура отжига, °С Время выдер-жки Твердость, НВ Пони-жение твер-дости, НВ Оста-точные напря-жения до отжига, МПа Оста-точные напря-жения после отжига, МПа Процент сохранив-шихся остаточ-ных напря-жений, %
До от-жига Пос-ле от-жига
550-600 650 680 700 720 2 ч 4 ч 30 мин 60 мин 20 мин 5 мин 5 мин 229 235 228 229 217 229 235 229 230 216 217 207 212 218 0 5 12 12 12 17 17 110 120 200 140 170 170 200 58 48 17 4 5 0 0 52 40 8,5 2,8 2,9 0 0


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.