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 |

Локальное упрочнение крупногабаритных деталей

-- [ Страница 1 ] --

Усманов Ринат Ибрагимович

ЛОКАЛЬНОЕ УПРОЧНЕНИЕ

КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ

Специальность 15.09.00 – Технология, оборудование и автоматизация

машиностроительных производств

АВТОРЕФЕРАТ

Магистерской диссертации

Самара 2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Самарском Государственном Техническом университете на кафедре «Инструментальные системы и сервис автомобилей».

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Круцило Виталий Григорьевич

Официальный рецензент: кандидат технических наук, доцент

Ведущее предприятие: кафедра «Инструментальные системы и

сервис автомобилей»

Защита состоится 6 июля 2009 г. В 9 часов на заседании ГАК в ГОУВПО «Самарский государственный технический университет» по адресу: 443010 Самара, ул. Молодогвардейская, д.133, ауд. _

С диссертацией можно ознакомиться на сайте кафедры «Инструментальные системы и сервис автомобилей» ГОУВПО «Самарский государственный технический университет».

Секретарь ГАК ___________________ Карлова М.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В настоящее время, для машиностроительных предприятий нашей страны качество производимой продукции – машин, агрегатов, узлов и отдельных деталей, является одним из наиболее значимых показателей, определяющих мощность производственной и научной базы и развития.

Теоретические исследования и производственный опыт последних лет привели к пониманию того, что работоспособность отдельных деталей и агрегатов в целом, в большой степени зависит и от качества поверхностного слоя деталей, который формируется при их изготовлении.

Поверхностный слой с физической точки зрения является менее прочным. К этому следует добавить и то обстоятельство, что при изготовлении детали после операций закалки, шлифования и доводки в поверхностном слое возникают растягивающие напряжения и дефекты в виде микротрещин, которые при нагружении и работе в условиях знакопеременных нагрузок являются концентраторами напряжений и как следствие, приводят к скорой потере свойств.

Таким образом, по причинам, отмеченным выше, поверхностный слой детали с точки зрения прочностных характеристик является ослабленным. При этом следует учитывать и то, что рабочие напряжения, как правило, имеют наибольший градиент именно в поверхностных слоях детали.

Разрушение деталей при эксплуатации, как правило, начинается с поверх­ности, поскольку поверхностные слои являются наиболее нагруженными при всех видах напряженного состояния и подвергаются активному воздействию внешней среды. В связи с этим создание в поверхностном слое детали необ­ходимого качества поверхности, соответствующее определенным условиям эксплуатации, является важной задачей повышения надежности и долговеч­ности ее работы. Указанная проблема в производственных условиях может быть решена путем внедрения в тех процесс на заключительном этапе изготовления детали одного из технологических методов упрочняющей обработки.



В данной работе даны основные представления об отдельных методах упрочнения, основанных на поверхностном пластическом деформировании (ППД).

Применяемые методы ППД, такие как пневмодробеструйная обдувка, гидродробеструйная обдувка, вибрационная обработка, раскатывающие методы чистовой обработки, ультразвуковая обработка, пневмодинамический наклеп и другие, являются высокоэффективными средст­вами повышения чистоты поверхности, создания сжимающих ос­таточных напряжений, повышения поверхностной твердости, ус­талостной прочности, контактной выносливости, износостойкости, в результате чего можно в несколько раз повысить ресурс и надежность двигателя.

Однако, при обработке поверхности деталей такими методами, получаемые максимальные значения остаточных сжимающих напряжений находятся не у поверхности обрабатываемой детали, а залегают на определенной глубине. Это снижает качество получаемого поверхностного слоя и уменьшает восприимчивость к более высоким воздействующим нагрузкам.

В связи с этим, актуальным направлением в области машиностроительного производства является поиск метода упрочнения, который бы давал возможность получать оптимальные сжимающие напряжения приближенные к поверхности.

Цель работы.

Повышение долговечности ответственных деталей и узлов, за счет формирования благоприятного напряженно-деформированного состояния поверхности.

Решаемые задачи.

  • Разработка математической модели формирования остаточных напряжений.
  • Разработка конструкции установки для упрочнения.
  • Разработка конструкции инструмента.
  • Теоретико-экспериментальные исследования остаточных напряжений в поверхностном слое.

Методы исследования.

Для решения поставленных в работе задач использовались теоретические и экспериментальные методы исследования. Теоретическая часть базируется на основных положениях механики деформируемого твердого тела и технологии машиностроения. Экспериментальные исследования были взяты из различных работ, посвященных данной теме.

Научная новизна.

  • Решены задачи формирования напряженно-деформированного состояния на поверхности металла на базе программного пакета Ansys;
  • Исследованы процессы упрочнения шариками, микрошариками и смесью шариков и микрошариков и построены эпюры остаточных напряжений;
  • разработан инструмент для раскатывания и упрочнения внутренних цилиндрических поверхностей.

Практическая ценность работы.

Разработанные модели формирования напряженно-деформированного состояния (НДС) позволяют прогнозировать эпюру остаточного напряжения и деформационное упрочнение в зависимости от различных технологических факторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулирована цель и определено основное научное направление исследования.

В первой главе рассмотрены различные виды упрочнения:

1) поверхностное пластическое упрочнение: пневмодробеструйное упрочнение, гидродробеструйная обработка, вибрационная обработка, пневмодинамическая обработка, упрочнение гидрогалтовкой, алмазное упрочнение, упрочнение микрошариками, ультразвуковое упрочнение шариками;

2) термопластическое упрочнение.

Рассмотрены и представлены схемы установок, достоинства и недостатки данных видов упрочнения.

Пневмодробеструйное упрочнение осуществляется на дробеструй­ных и дробеметных установках. Дробеструйная установка обычно состоит из рабочей камеры, приемного бункера, элеватора и сепаратора. В качестве инструмента при пневмодробеструйном упрочнении обычно используется стальная литая дробь ДСЛ размером 0,5-1,0 мм или 1,0 -1,4 мм.

К основным преимуществам струйного упрочнения сухой дробью отно­сится простота конструкции; возможность получения высоких скоростей полета дроби; простота обраще­ния с инструментом (дробью); возможность сепарации дроби потоком возду­ха; отсутствие необходимости промывания дроби после упрочнения.

Недостатками процесса упрочнения являются: наличие жесткого удара дробинки о деталь, что вызывает высо­кие локальные температуры; кривые остаточных напряжений сжатия имеют значительный подслойный максимум; существенное повышение шерохова­тости поверхности; неста­бильность режима упрочнения, а также нестабильностью давления воз­духа в пневмодробеструйных установках.

Сущность гидродробеструйного упрочнения заключается в том, что струя рабочей жидкости в смеси со стальными шариками подается под давлением к обрабатываемой поверхности и в результате ударения шариков происходит упрочнение по­верхности.

Основными преимуществами гидродробеструйного способа упрочнения яв­ляются: сохранение сравнительно низкой шероховатости поверхности (Rа=1,25-0,16 мкм); улучшение микрогеометрии; исключение процесса газонасыщения в связи со снижением температуры в зоне контакта.

Для осуществления этого способа разработаны гидродробеструйные эжекторные установки (ГДЭУ), которые нашли широкое распро­стра­нение для упрочнения лопаток компрессора, трубопроводов, зубчатых колес и других деталей газотурбинного двигателя. При гидродробеструй­ном упрочнении (ГДУ) в качестве инструмента обыч­но применяют шарики от подшипников из ШХ15 с высокой твердо­стью (HRс 62). Смазывающе-охлаждающей жидкостью час­то служит трансформатор­ное масло, которое также является рабочей средой.

Объемная вибрационная обработка (виброгалтовка) деталей произво­дится с целью уменьшения шероховатости обрабатываемой поверхности пу­тем сглаживания микронеровностей, а также ее упрочнения путем создания в по­верхностном слое деформационного упрочнения и сжимающих остаточ­ных напряжений.

Физическая сущность процесса объемной вибрационной обработки за­ключается в том, что частицы рабочей среды (абразивные гранулы, стальные или фарфоровые шарики), загруженные вместе с деталями в контейнер виб­рационной машины, получают от последней колебательные движения опре­деленной траектории, амплитуды и частоты, отличающиеся от параметров колебаний обрабатываемой детали.

Существуют следующие опера­ции, выполняемые при вибрационной обработке: виброшлифование; виброполирование; виброупрочнение.

Пневмодинамический способ упрочнения является разновид­ностью дро­беструйного упрочнения. В отличие от него пневмодинамический способ об­работки позволяет производить местное упрочнение в камерах небольшого размера с использованием малого количества шариков, а также использовать универсальное оборудование, исключая время на переустановку и транспор­тировку деталей.

В основу гидрогалтовки был зало­жен принцип совмещения преиму­ществ пневмо - и гидродробеструйной об­работок: жидкостный удар и жидко­стное трение. Это позволило получить необходимую степень упрочнения при меньшей величине шероховатости поверхности.

Особенностью алмазного выглаживания в отличие от других методов обработки поверхностным пластическим деформированием является приме­нение в качестве деформирующего элемента алмаза, который обладает по­вышенной твердостью, низким коэффициентом трения по металлу, высоким классом шероховатости поверхности, хорошей теплопроводностью. Повы­шенная твердость алмаза дает возможность обрабатывать почти все металлы, поддающиеся пластической деформации, как мягкие, так и закаленные до твердости HRC=60…65.

Для повышения сопротивления усталости материала широкое примене­ние нашел метод поверхностного пластического деформирования металличе­скими или стеклянными гранулами, преимущественно сферической формы - микро­шариками (диаметром от 30 до 315 мкм). Наиболее эффективным для упрочнения деталей металлическими мик­рошариками является дробеметное оборудование. Достоинства такого обору­дования состоят в следующем: высокая производительность, возможность одновремен­ного упрочнения нескольких деталей, стабильность обеспечения заданных ре­жимов наклепа, высокая надежность.

Введение в зону обработки ультразвуковых колебаний способствует снижению сопротивления пластическому деформированию и сил трения на контактных поверхностях, что в конечном итоге приводит к значительному снижению статических усилий деформирования. Одной из разновидностей УЗУ является обработка деталей в специальной рабочей камере, в которой, под действием мощного ультразвукового поля перемещаются шарики, производящие упрочнение. Отличительной особенностью УЗУ свободными шариками является то, что положительный эффект достигается за счет многократности микросоударений при отсутствии заданной траектории. Это обеспечивает не только более равномерный характер поверхностной деформации, но и позволяет упрочнить тонкостенные де­тали сложной конфигурации.

Альтернативой методам ППД является термопластическое упрочнение (ТПУ). Сущность метода ТПУ заключается в нагреве до температур ниже структурно-фазовых превращений и дальнейшим, весьма интенсивным ох­лаждением. Конкретно технологические параметры процесса ТПУ опреде­ляются в зависимости от физико-механических свойств материала и конфи­гурации детали.





Термопластическое упрочнение осуществляется на специальных уста­новках. Установка состоит из электропечи типа МП2УМ, охладительной камеры, баллона жидкости (воды) системы подачи сжатого воздуха с краном. Электропечь установлена таким образом, чтобы ее нагреватель­ная полость отверстием была обращена вниз.

Во второй главе была рассмотрена теория формирования остаточных напряжений. В программном комплексе ANSYS были определены поля остаточных напряжений при нагрузке и после снятия нагрузки и графики пластических деформаций при ППД смесью шар-микрошар.

Для проведения расчета при ППД в среде ANSYS была построена геометрическая модель шара облепленного микрошариками (рисунок 1), модель контакта шарика с поверхностью металла (рисунок 2). Модель была разбита на конечные элементы, полученная конечно-элементная модель представлена на рисунке 3. Далее были созданы контактные пары в местах контакта шарика с поверхностью металла

Рисунок 1 – Геометрическая модель. Рисунок 2 - Геометрическая модель

контакта шарика с поверхностью металла.

Рисунок 3 - Создание контактной пары в точке контакта шарика с поверхностью металла.

Задача была решена для трех разных диаметров микрошариков 50 мкм, 100 мкм и 150мкм.

Вариант 1 D = 50 мкм.

Шаг 1 Внедрение индентора

Рисунок 4 -Распределение напряжений Рисунок 5 – Пластические деформации

по Мизесу .

Шаг 2 Выход индентора

Рисунок 6 -Распределение напряжений Рисунок 7 – Пластические деформации

по Мизесу .

Вариант 2 D = 100 мкм.

Шаг 1 Внедрение индентора

Рисунок 8 -Распределение напряжений Рисунок 9 – Пластические деформации

по Мизесу .

Шаг 2 Выход индентора

Рисунок 10 - Распределение напряжений Рисунок 11 - Пластические деформации

по Мизесу .

Вариант 3 D = 150 мкм.

Шаг 1 Внедрение

Рисунок 12 - Распределение напряжений Рисунок 13 - Пластические деформации

по Мизесу .

Шаг 2 Выход индентора

Рисунок 14 - Распределение напряжений Рисунок 15 - Пластические деформации

по Мизесу .

В третьей главе рассмотрены методики исследования остаточных напряжений, микротвердости и усталостной прочности.

Для измерения осевых остаточных напряжений используют образцы в виде пластинок размером 10370 мм, для измерения тангенциальных остаточных напряжений используют образцы в форме колец размером 10350 мм, которые покрывают хлорвиниловым лаком, оставляя только половину обработанной поверхности.

Установка для исследования состоит из текстолитового корпуса, на котором с помощью текстолитовых планок прикреплена пластинчатая пружина с наклеенными с двух сторон тензодатчиками. Исследуемый образец с помощью текстолитовых планок и двух болтов закрепляется в корпусе. Толщина текстолитовой пластинки подбирается таким образом, чтобы после закрепления образца пластинчатая пружина с тензодатчиками получила в месте контакта начальный прогиб 1,0 мм. Корпус и экран со свинцовой пластиной укрепляется на двух токопроводящих штангах. К штанге, связанной с образцом, подводится плюсовой полюс. Ко второй штанге, контактирующей со свинцовой пластиной, подается минусовой полюс. Вся система опускается в ванну с электролитом. Уровень электролита должен быть таким, чтобы покрытая лаком поверхность образца была полностью погружена.

Глубину деформационного упрочнения определяют на «косом срезе» образцов путем замера микротвердости на приборе ПМТ-3 (ГОСТ 7865-50).

 Схема приспособления для-27

Рисунок 16 - Схема приспособления для исследования микротвердости.

Для получения «косых срезов» (рис.16) образцы 4 закрепляют в специальном приспособлении, которое состоит из корпуса 1, основания 2, четырех прижимных шайб и четырех болтов. Наклон боковых граней корпуса к оси составляет 50, что позволяет исследовать упрочненный слой глубиной до 0,08 мм на длине 8-10 мм. Образцы шлифуют и полируют, используя шлифовальную шкурку и алмазную пасту. Затем приспособление с образцами устанавливают на стол прибора ПМТ-3. Принцип действия прибора основан на вдавливании алмазной пирамиды в исследуемый материал под определенной нагрузкой и измерении диагонали полученного отпечатка.

Для выбора оптимальной схемы поверхностно-пластичнского деформирования наиболее эффективных его режимов разработана программа испытаний образцов на выносливость. Испытания проводились на МУИ-6000, предназначенной для испытания круглых образцов, подверженных повторно-переменным нагрузкам при чистом изгибе. Методика испытаний установлена ГОСТом 2860-65. Все механизмы машины смонтированы на литой чугунной станине, состоящей из двух частей: верхней - корпуса и нижней - цоколя. Машина включает основные узлы: шпиндельные бабки с приводом и счетчиков циклов; механизм нагружения.



Pages:   || 2 |
 

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.