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 |

Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин на основе оценки его характеристик с применением теории фракталов

-- [ Страница 1 ] --



На правах рукописи





ГЕНЕРАЛОВА Александра Александровна






ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ ЕГО ХАРАКТЕРИСТИК

С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕОРИИ ФРАКТАЛОВ




Специальность 05.02.08 Технология машиностроения











А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук







ПЕНЗА 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет».

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор АРТЁМОВ Игорь Иосифович.
Официальные оппоненты: САВИЦКИЙ Владимир Яковлевич,
доктор технических наук, профессор, Военный учебно-научный центр
Сухо­­путных войск «Общевойсковая академия вооруженных сил
Российской Федерации» (филиал
в г. Пензе), профессор кафедры «Общепрофессиональные
дисциплины»; СПИЦЫН Иван Алексеевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенская
государст­венная сельскохозяйственная академия», проректор по учебной
работе.
Ведущая организация – ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет им. Ю. А. Гагарина».


Защита состоится 5 июля 2012 г., в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.03 в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет».

Автореферат разослан «____» ____________ 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Воячек Игорь Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность темы. Важнейшим фактором, определяющим ка­чество деталей и соединений, является состояние поверхностей, которое формируется в процессе изготовления. Установление взаимосвязи качества поверхности с технологическими параметрами и условиями обработки возможно только на основе адекватной параметрической оценки состояния поверхности после обработки.



Обработка поверхностей современными технологическими методами (концентрированными потоками энергии, электрофизическая, электрохимическая, нанесением покрытий и др.) часто формирует шероховатость, имеющую сложную геометрическую форму (грибообразные, гребешковые и чешуйчатые структуры). Применение стандартных методов и параметров для оценки свойств подобных поверхностей малоэффективно. В то же время имеются исследования, направленные на применение теории фракталов при описании свойств поверхностей. Такой подход дает возможность оценки свойств шероховатой поверхности независимо от формы ее элементов и плотности их распределения, что позволяет повысить информативность и адекватность оценки и назначить эффективные режимы обработки. Однако исследований, выполненных в указанном направлении, недостаточно не разработаны методические основы данного подхода.

Таким образом, тема диссертационной работы, направленная на технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин на основе оценки характеристик поверхности с применением теории фракталов, является актуальной.

Цель работы – технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин при обработке методами, позволяющими формировать шероховатость сложной геометрии, на основе адекватной оценки характеристик поверхности с применением теории фракталов.

Объект исследования – взаимосвязи между режимами обработки и качеством поверхностного слоя деталей машин.

Предмет исследования – адекватная оценка и обеспечение качества поверхности при обработке технологическими методами, обеспечивающими формирование сложного профиля шероховатости, на основе теории фракталов.

Методы исследований. Теоретические исследования выполнены с использованием основных положений технологии машиностроения, теории фракталов, математического анализа, моделирования методом конечных элементов (МКЭ). Экспериментальные исследования проводились с применением теории планирования эксперимента и аттестованных средств измерения: профилометра Сейтроник ПШ8-4 С.С., толщиномера Константа К5, микроскопа МИМ-7. Обработка экспериментальных данных выполнялась методами математической статистики с использованием вычислительной техники и программного обеспе­че­ния (ПО) Advanced Grapher 2.11, а также специально разработанного ПО.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются результатами теоретических и экспериментальных исследований, их сходимостью, а также результатами моделирования методом конечных элементов и реализации методики в производственных условиях.

На защиту выносятся:

  1. Методика технологического обеспечения качества поверхности при обработке методами, обеспечивающими формирование шероховатости со сложной геометрией, на основе оценки свойств поверхности с применением фрактальных параметров.
  2. Методика определения фрактальных параметров шероховатости поверхности.
  3. Комплекс фрактальных параметров, позволяющий адекватно оценивать характеристики шероховатости поверхности и назначать эффективные режимы обработки.
  4. Соотношения между стандартными и фрактальными параметрами шероховатости, позволяющие проводить их сравнительную оценку.
  5. Зависимости, устанавливающие взаимосвязь режимов обработки поршневых колец с показателями качества поверхностей и рекомендации по их технологическому обеспечению.

Научная новизна:

1. Разработана методика технологического обеспечения качества поверхности для методов обработки, обеспечивающих формирование шероховатости сложной геометрической формы, на основе оценки характеристик поверхности с применением теории фракталов, и показана ее эффективность.

2. Установлен комплекс фрактальных параметров, адекватно оценивающий качество поверхности, имеющей шероховатость сложной формы, с учетом которого можно определять эффективные технологические режимы обработки и обеспечивать заданные свойства поверхности, и разработана методика его определения.

3. Получены соотношения между стандартными и фрактальными параметрами шероховатости, позволяющие проводить сравнительную оценку их эффективности.

4. Получены эмпирические зависимости (на примере обработки поршневых колец), устанавливающие взаимосвязь технологических режимов обработки с показателями качества поверхности (фрактальными параметрами шероховатости, пористостью, твердостью, толщиной покрытия).

Практическая ценность:

1. Разработанная методика технологического обеспечения качества поверхностного слоя на основе применения фрактальных параметров для оценки свойств обрабатываемой поверхности позволяет назначать эффективные режимы обработки и обеспечивать заданные свойства поверхности с минимальной себестоимостью.

2. Полученные зависимости, устанавливающие взаимосвязь режимов обработки поршневых колец с фрактальными параметрами и другими показателями качества поверхности, позволяют обеспечивать заданные эксплуатационные свойства поверхности колец.

3. Разработаны методика и программное обеспечение для определения фрактальных параметров.

Реализация результатов работы. Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований использовались при выполнении госбюджетной научно-исследовательской работы по заказу Министерства образования и науки Российской Федерации «Научные основы наноструктурирования для обеспечения качества поверхностного слоя ответственных деталей машиностроения». Результаты исследований приняты к внедрению в ОАО «Пензадизельмаш».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных и всероссийских научно-технических конференциях и симпозиумах: «Научно-техническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях»
(г. Москва, 2006); «Технологический, технический и информационный сервис как базовые факторы модернизации производства» (г. Кострома, 2006), «Надежность и качество» (г. Пенза, 2007, 2008, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 статей
(9 статей без соавторов), из них 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованной литературы из 146 наименований и приложений. Работа изложена на 113 страницах основного текста, включает 65 рисунков и 21 таблицу.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы работы; приведены цель и задачи исследования, основные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе выполнен обзор научных работ по вопросам исследования проблем технологического обеспечения и оценки заданных свойств поверхности. Сформулированы задачи исследований.

Вопросами определения взаимосвязи качества поверхности с технологическими условиями обработки посвящены работы отечественных ученых В. Ф. Безъязычного, А. В. Боярникова, А. А. Маталина, Л. Ю. Пружанского, Э. В. Рыжова, А. Г. Суслова и др. В результате обработки деталей механическими методами образующаяся шероховатость имеет регулярный характер и может быть оценена стандартными геометрическими параметрами Ra, Rz, Rmax, S, Sm, tp. Для ее моделирования используются простые геометрические формы: конус, сфера, цилиндр.

В настоящее время широко применяются электрофизические (обработка электроэрозионная (рис. 1,а), электромеханическая, лучевая, рис. 1,б) и электрохимические (обработка поверхностная электрохимическая, рис. 1,в, анодно-гидравлическая и анодно-механическая) методы обработки, а также различные покрытия. Форма элементов шероховатости при воздействии на материал концентрированных потоков энергии существенно отличается от форм элементов шероховатости, получаемых механической обработкой. Шероховатость, формируемая такими методами, как правило, не носит регулярного
характера и часто имеет грибообразные и гребешковые структуры (см. рис. 1). К таким рельефам традиционные геометрические формы, применяемые при моделировании, не подходят, а стандартные геометрические параметры для оценки данных рельефов оказываются малоэффективными, на их основе нельзя прогнозировать эксплуатационные свойства поверхности.

а) б) в)

Рис. 1. Рельеф поверхностей, полученных разными
технологическими методами обработки

В настоящее время для оценки шероховатости поверхности сложного профиля применяется теория фракталов и фрактальной размерности, потенциальные возможности которой применительно к описанию поверхностей рассмотрены в работах Ф. М. Бородича,
Д. А. Онищенко, В. С. Ивановой, В. В. Лепова, О. Ф. Вячеславовой
и др. Она дает возможность оценивать шероховатость поверхности независимо от формы ее элементов и плотности их распределения. Существуют различные методы определения фрактальной размерности и других оценочных характеристик теории фракталов. Однако не разработана комплексная методика, позволяющая оценивать шероховатость поверхности, имеющую сложную геометрическую форму (сюрьективные структуры), и назначать эффективные технологические режимы обработки для обеспечения заданных свойств поверхности.





Таким образом, проведенный анализ показал актуальность цели работы и необходимость решения поставленных в ней задач.

На основе вышеизложенного и в соответствии с целью в диссертационной работе поставлены следующие задачи:

1. Установить комплекс фрактальных параметров, позволяющих адекватно оценивать характеристики поверхности с шероховатостью, имеющей сложную геометрическую форму, и разработать методику их определения.

2. Установить взаимосвязь между стандартными и фрактальными оценочными параметрами шероховатости.

3. Разработать методику технологического обеспечения качества путем назначения эффективных режимов обработки поверхностей на основе оценки ее характеристик с применением фрактальных параметров.

4. Провести теоретические и экспериментальные исследования, подтверждающие достоверность разработанной методики, и оценить результативность предложенных режимов обработки.

5. Разработать программное обеспечение для количественной оценки шероховатости поверхности со сложным (сюрьективным) профилем.

6. Осуществить практическую реализацию результатов работы.

Во второй главе разработана методика оценки шероховатости поверхности сложной геометрии на основе теории фракталов.

Поверхность деталей машиностроения является фрактальной структурой. Любая фрактальная структура обладает монофрактальными или мультифрактальными свойствами.

Монофрактальный анализ состоит из следующих этапов:

– проведение аффинных преобразований над исходным фракталом для приведения его к единичному масштабу;

– определение границ самоподобия;

– определение фрактальной размерности ;

– проверка самоподобия.

Пусть фрактальная структура представляет собой множество , где – координата -й точки фрактальной кривой; – количество точек. Множество необходимо преобразовать в так, чтобы выполнялось следующее ограничение:

. (1)

Преобразование в состоит из двух шагов:

– перенос элементов в начало координат;

– приведение к единичному масштабу.

Для исходного множества справедливо утверждение

.

Так как в общем случае и , то необходимо перенести элементы множества в начало координат:

.

После выполнения операции переноса элементы множества необходимо привести к единичному масштабу для удовлетворения условия (1):

.

Для определения фрактальной размерности предложено использовать метод вертикальных сечений, который основан на аппроксимации профиля мерными элементами. Для оценки шероховатости в качестве мерного элемента приняты отрезки , а фрактальную размерность можно определить по формуле Хаусдорфа. Экспериментально установлено, что профилограммы следует оценивать мерными отрезками . Разработан алгоритм, позволяющий исследовать сюрьективные структуры. Визуальное представление механизма аппроксимации показано на рис. 2, где ломаная – некоторый участок фрактальной кривой; определяет точность вычислений; m, n, n – промежуточные точки аппроксимации.

 Аппроксимация мерными отрезками-26

Рис. 2. Аппроксимация мерными отрезками участка кривой:
– откладываемый мерный отрезок;

– величина, определяющая точность;

/ – составляющие мерного отрезка при заданной точности

Если точка на промежуточном этапе вычислений находится вне точек фрактальной кривой, т.е. или то аппроксимация переходит на следующую составляющую, т.е. на . В конечном итоге определяется отрезок , равный мерному отрезку , и т.д.

Таким образом, для определения фрактальной размерности необходимо выполнить следующие шаги:

  1. Определить множество величин мерных отрезков , для ко­торых будет производиться исследование. Причем , где и являются границами самоподобия.
  2. Для каждого с помощью описанной аппроксимации определить количество мерных отрезков , которое возможно отложить на исследуемой кривой.
  3. Нанести точки на график (рис. 3).
  4. Провести аппроксимацию функцией вида , где есть фрактальная размерность .

 Определение фрактальной-43

Рис. 3. Определение фрактальной размерности

шероховатости поверхности

Мультифрактальный анализ состоит из следующих этапов:

– определение фрактальной размерности D0, являющейся показателем «изрезанности» структуры;

– построение спектра фрактальных размерностей Dq;

– определение степени однородности структуры ;

– определение степени скрытой периодичности ;

– определение меры упорядоченности .



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.