Оптимизация технологических параметров вибрационной отделочно-упрочняющей обработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Сухов, Максим Владимирович

• Сухов, Максим Владимирович
• кандидат технических наук
• 2003

Оглавление диссертации кандидат технических наук Сухов, Максим Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Сущность и технологические возможности вибрационной отделочно-упрочняющей обработки.

1.2. Обзор работ в области вибрационной отделочно - упрочняющей обработки.

1.3. Цель и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ВиОУО.

2.1. Анализ процесса единичного взаимодействия частиц рабочей среды с поверхностью детали.

2.2.Формирование топографии поверхности деталей машин, подвергнутых ВиОУО.

2.2.1.Формирование профиля установившейся шероховатости.

2.2.2. Определение среднего арифметического отклонения профиля установившейся шероховатости.

2.2.3. Расчет коэффициента интенсивности изменения шероховатости.

2.2.4. Расчет времени обработки.

2.2.5. Процесс скругления острой кромки при ВиОУО.

2.3. Исследование процесса вибрационного упрочнения.

2.3.1. Методика расчета параметров деформационного состояния поверхностного слоя.

2.3.3. Особенности упрочнения материалов с разным видом термической обработки.

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

ЗЛ.Технологическое оборудование и рабочие среды.

3.2. Приборы и приспособления для экспериментальных исследований.

3.3. Выбор материалов для образцов.

3.4. Исследование шероховатости поверхности.

3.5. Исследование скругления острых кромок.

3.6. Исследование изменения поверхностной микротвердости.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ И

КАЧЕСТВО ПРОЦЕССА ВИБРОУДАРНОЙ ОБРАБОТКИ.

4.1. Исследования степени пластической деформации и глубины наклепанного слоя при упрочнении деталей.

- 4.2. Исследование формирования профиля шероховатости обработанной поверхности.

4.2.1. Изменение шероховатости поверхности в процессе обработки.

4.2.2. Исследование параметров установившейся шероховатости.

4.2.3. Исследование коэффициента интенсивности изменения шероховатости.

4.3. Исследования скругления радиуса острой кромки.

5. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ.

5.1. Разработка методики оптимизации.

5.2. Разработка элементов САПР ТП.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация технологических параметров вибрационной отделочно-упрочняющей обработки»

Научно — технический процесс и связанное с ним увеличение количества и сложности создаваемых изделий новой техники приводит к резкому возрастанию трудоемкости и сложности конструкторских и технологических работ. В этих условиях традиционные методы проектирования не могут обеспечивать своевременное и качественное выполнение работ по технологической подготовке производства новых изделий, сократить сроки и стоимость этих работ возможно на основе создания систем автоматизированного проектирования технологических процессов (САПР ТП).

В современном машиностроении при выполнении отделочно — упрочняющих операций рост производительности труда с одновременным улучшением качества продукции обеспечивает применение вибрационной отделочно — упрочняющей обработки (ВиОУО) в среде стальных полированных шаров.

Благодаря своим широким технологическим возможностям при обработке деталей сложной конфигурации, высоким технико - экономическим показателям, а также возможности механизации и автоматизации процесс ВиОУО занимает важное место среди отделочно — упрочняющих операций. Однако техническая подготовка процесса ВиОУО вызывает серьезные трудности. Они связаны с недостаточной разработкой теории, пригодной для автоматического моделирования и оптимизации технологических процессов (ТП). В первую очередь, это относится к теории формирования шероховатости поверхности обрабатываемых деталей. Недостаточно разработаны аналитические зависимости, устанавливающие связь между режимами обработки, свойствами материала детали, размерами рабочих сред, производительностью процесса и качеством обработанной поверхности. Не разработана методика оптимизации технологических параметров, влияющих на результаты обработки, что сдерживает внедрение процесса в производство. Решению некоторых из этих задач посвящена настоящая работа.

На основании теоретических исследований необходимо разработать модель процесса единичного взаимодействия частиц рабочей среды с поверхностью детали, и на этой основе предложить модель формирования профиля установившейся шероховатости обрабатываемой детали.

В результате экспериментальных исследований установить адекватность теоретических зависимостей, получить новые данные о процессе обработки.

Провести комплексные исследования изменения шероховатости поверхности детали и параметров деформационного состояния поверхностного слоя в процессе ВиОУО.

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований разработать методику расчета технологических параметров процесса и прогнозирования результатов обработки.

Создать адекватную теоретическую модель процесса, что позволит разработать методику оптимизации технологических параметров ВиОУО при помощи ЭВМ.

Работа выполнена на кафедре "Технология Машиностроения" Донского государственного технического университета.

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Сухов, Максим Владимирович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработана методика расчёта оптимальных технологических факторов процесса ВиОУО. При этом, в качестве целевой экономической функции используется производительность обработки, а в качестве ограничительных функций — шероховатости обработанной поверхности, степень пластической деформации, радиус скругления кромки.

2. Разработана теоретическая модель процесса формирования профиля шероховатости поверхности при обработке в среде металлических шаров.

3. Раскрыты основные закономерности процесса упрочнения поверхностного слоя при ВиОУО.

4. Для повышения точности инженерных расчетов предложена схема разделения материалов на группы по механическим свойствам.

5. На основании результатов экспериментальных исследований установлена адекватность предложенных теоретических зависимостей для расчета параметров деформационного состояния и шероховатости поверхности.

6. Получены эмпирические зависимости изменения радиуса острой кромки с учетом размера обрабатывающей среды, времени обработки и свойств обрабатываемого материала.

7. Получены зависимости для прогнозирования параметров шероховатости обработанной поверхности и характеристик упрочнения поверхностного слоя детали: глубины и степени относительной пластической деформации.

8. Разработаны инженерные рекомендации по выбору оптимальных условий проведения процесса ВиОУО.

9. Разработан блок САПР ТП для оптимизации процесса вибрационной отделочно - упрочняющей обработки, что позволяет существенно расширить область применения существующих систем автоматизированного проектирования технологических процессов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Сухов, Максим Владимирович, 2003 год

1. Адлер Ю.П. и др. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Адлер Ю.П., Марков Е.В., Грановский Ю.В. М.: Наука, 1971 - 270 с.

2. Ампилогов В.А. Исследование влияния динамики массы загрузки и других факторов на интенсивность отделочных процессов объёмной вибрационной обработки.: Автореф. дис. . канд. техн. наук 05.02.08. Пермь, 1974 — 34 с.

3. Анкудимов Ю.П. Разработка комбинированного процесса вибрационной отделочно-упрочняющей обработки деталей: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.02.08.-Минск, 1985-16 с.

4. Бабичев А.П. Вибрационная обработка деталей. М.: Машиностроение, 1974- 134 с.

5. Бабичев А.П. Виброударная обработка деталей. Машиностроение, IV., 1974, 136 с.

6. Бабичев А.П. Исследование технологических основ процессов обработки деталей в среде колеблющихся тел с использованием низкочастотных вибраций: Дис. . д-ра техн. наук: 05.02.08.-Ростов н/Д, 1975-462 с.

7. Бабичев А.П. Основы вибрационной технологии: Учеб. пособие — Ростов н/Д, 1994- 187 с.

8. Бабичев А.П., Бабичев И.А. Основы вибрационной технологии. Ростов-на-Дону: Издательский центр ДГТУ. 1998.-624 с.

9. Богатов A.A., Мижирицкий О.И., Смирнов C.B. Расчет пластичности металлов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1984. 144 с.

10. Бондарь И.И. Вибрационная обработка как средство повышения надежности и долговечности технической оснастки. В кн. "Состояние и перспективы промышленного освоения вибрационной обработки" Ростов на - Дону, 1974, с. 183- 187. (18)

11. Бурштейн И.Е. и др. Объёмная вибрационная обработка /Бурштейн И.Е. Балицкий В.В., Духовский А.Ф. -М.: Машиностроение, 1981 52 с.

12. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969 - 576 с.

13. Вентцель Е.С., Овчаров J1.A. Теория вероятностей и её инженерные приложения. М.: Наука, 1988 - 480 с.

14. Вероятностно-статистические основы процессов шлифования и доводки JL: Изд-во СЗПИ, 1974 154 с.

15. Вероятностный анализ процесса изнашивания / Кордонский Х.В., Харач Г.М., Артомоновский Б.П., Непомнящий Е.Ф. — М.: Наука, 1968 56 с.

16. Виноградов В.Н., Бирюков В.И., Назаров С.И. Экспериментальные исследования реакции материала при ударе сферической частицы / Трение и износ. 1982 - ТЗ, № 1 - с. 160 - 164.

17. Виноградов и др. Изнашивание при ударе / Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Албагачиев Ю.А. — М.: Машиностроение, 1982 192 с.

18. Виттенберг Ю.Г. Шероховатость и методы её оценки. JL: Судостроение, 1971 108 с.

19. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М.: Машиностроение, 1985 — 424 с.

20. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей. М.: Наука, 1988 — 448 с.

21. Григорович В.К. Твёрдость и микротвёрдость материалов. М.: Наука, 1976 -230 с.

22. Гудушаури Э.Г., Пановко Г.Я. Теория вибрационных технологических процессов при некулоновом трении. — М.: Наука, 1988 — 144 с.

23. Дёмкин Н.Б. Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. — М.: Машиностроение, 1981 -244 с.

24. Димов Ю.В. Управление качеством поверхностного слоя детали при обработки абразивными гранулами: Дис. . д-ра. техн. наук: 05.02.08. — Иркутск, 1987-543 с.

25. Димов Ю.В. Финишная обработка деталей свободным абразивом // Повышение эффективности процессов механообрабтки. Иркутск, 1990 — с. 3 — 6.

26. Дрозд М.С., Маталин М.М., Сидякин Ю.И. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации.- М.: Машиностроение, 1986.- 224с.

27. Карпенко Г.В. Работоспособность конструкционных материалов в агрессивных средах. Киев: Наук, думка, 1985, Т.2. - 240 с.

28. Качанов JI.M. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1969 г. 420 с.

29. Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. М.: Машиностроение, 1978-213 с.

30. Кильчевский H.A. Динамическое контактное сжатие твёрдых тел. Удар. — Киев: Наук думка, 1976 314 с.

31. Коган Э.А. Технологические задачи механики объёмной вибрационной обработки: Дис. . канд. техн. наук: 05.02.08. Рига, 1974 - 170 с.

32. Комбалов B.C. Влияние шероховатости твёрдых тел на трение и износ. М.: Наука, 1974- 112 с.

33. Комбалов B.C. Инженерные расчёты в триботехнике / Междунар. ЦНТИ -М., 1990-152 с.

34. Коновалов Е.Г., Сидоренко В.А. Чистовая и упрочняющая обработка поверхностей. Минск: наука и техника, 1977. 270с.

35. Копылов Ю.Р. Виброударное упрочнение: Монография. Воронеж: Воронежский институт МВД России, 1999. - 386с.

36. Королёв A.B. Ислледование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке. Саратов: Из-во Саратов, ун-та, 1975-191 с.

37. Королёв A.B., Новосёлов Ю.К. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Саратов: Изд-во Саратов, ун-та, 1989 — 232 с.

38. Костецкий Б.Н., Колесниченко Н.Ф. Качество поверхности и трение в машинах. Киев: Техника, 1969 — 215 с.

39. Крагельский И.В. и др. Основы расчётов на трение и износ / Крагельский И.В., Добычин М.Х., Комбалов B.C. М.: Машиностроение, 1977 - 526 с.

40. Кроха В.А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации: Справочник. М.: Машиностроение, 1987. 152 с.

41. Кудрявцев И.В. Основы выбора режимов упрочнения поверхностным наклепом ударным способом // повышение долговечности деталей машин поверхностным наклепом. Тр. ЦНИИТМАШ. М., 1965. - Вып. - 108, - С. 3-27.

42. Кудрявцев И.В. Современное состояние и перспективы развития методов повышения прочности и долговечности деталей машин с поверхностным пластическим деформированием. Вестник машиностроения 1970, №1.

43. Кудрявцев И.В. Современное состояние и перспективы развития методов повышения прочности и долговечности деталей машин.- Вестник машиностроения, 1970, №1, с.9-13.

44. Кудрявцев И.В., Рыманова Е.В.: Влияние структурных факторов и наклепа на чувствительности сталей и концентраций при циклических нагрузках. Сборник ЦНИИТМАШ 1965, №5.

45. Кудрявцев И.В., Саверин М.И., Рябченков A.B. Методы поверхностного упрочнения деталей машин, Машгиз, М., 1949.(55)

46. Кулик В.К. Прогрессивные процессы обработки фасонных поверхностей. — Киев: Техника., 1987 176 с.

47. Левенгарц B.JI. Исследование динамики и совершенствование устройств для вибрационной обработки деталей: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.02.08. -Каунас, 1981 -28 с.

48. Лукьянов B.C., Рудзит Я.А. Параметры шероховатости поверхности. — М.: Изд-во стандартов, 1979 162 с.

49. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твёрдости. -М.: Машиностроение, 1979 — 191 с.

50. Маталин A.A. Технологические методы повышения долговечности машин. -Киев: Техника, 1971 144 с.

51. Матюхин Е.В. Исследование процесса виброударного упрочнения металлообрабатывающего инструмента: Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.02.08. Москва, 1979 - 23 с.

52. Михин Н.М. Внешнее трение твёрдых тел. М.: Наука, 1977 - 222 с.

53. Наладка и эксплуатация станков для вибрационной обработки / Бабичев А.П., Рысева Т.Н., Самадуров В.А., Тамаркин М.А. М.: Машиностроение, 1988 -64 с.

54. Непомнящий Е.А., Кремень З.И., Массарский М.Л. О закономерностяхобразования микрорельефа поверхностей при обработке потоком абразивных частиц / Изв. вузов. Машиностроение, 1984 №2 - с. 117 - 121.

55. Непомнящий Е.Ф. Трение и износ под воздействием струи твёрдых сферических частиц // Контактное взаимодействие твёрдых тел и расчёт сил трения и износа. -М.: Наука, 1971, с. 190 — 200.

56. Обработка деталей свободными абразивами в вибрирующих резервуарах / Карташов И.Н., Шаинский М.Е., Власов В.А., и др. Киев: Вища школа, 1975 -188 с.

57. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник М.: Машиностроение, 1987 - 328 с.

58. Отделочные операции в машиностроении. Справочник / под общ. ред. П.А. Руденко — 2-е изд., перераб. и доп. Киев: Техника, 1990 - 150 с.

59. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. Л.: Машиностроение, 1976-320 с.

60. Папшев Д.Д. Отделочно упрочняющая обработка поверхности пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. 152 с.

61. Петросов В.В. Гидродробеструйное упрочнение деталей и инструмента. -М.: Машиностроение, 1977 166 с.

62. Пляскин И.И. Оптимизация технических решений в машиностроении. — М.: Машиностроение, 1982 176 с.

63. Подураев В.Н. и др. Динамика и прочность вибрационных транспортно-технологических машин Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989 — 112 с.

64. Политов И.В., Кузнецов H.A. Вибрационная обработка деталей машин и приборов. Л.: Лениздат, 1965 - 166 с.

65. Попов М.Е. Основы САПР технологических процессов: конспект лекций / РИСХМ. Ростов н/Д, 1986 - 54 с.

66. Попов М.Е. Снижение металлоёмкости и себестоимости изготовления деталей машин на основе моделирования структур технологических решений: Автореф. дис. . д-ра техн. наук: 05.02.08. М., 1990 - 42 с.

67. Прогрессивные методы абразивной обработки металлов / Под ред. И.П.

68. Захаренко Киев: Техника, 1990 - 152 с.

69. Прокопец Г.А., Мул А.П., Мишняков Н.Т. Теоретико-вероятностный анализ формирования микрорельефа поверхности при ВиУО // Вопросы вибрационной технологии: Межвуз. сб. науч. тр. Ростов н/Д, 1993 — с. 27 — 36.

70. Проников A.C. Надёжность машин. — М.: Машиностроение, 1978 — 592 с.

71. Пшебыльский В. Технология поверхностной пластической обработки. — М.: Металлургия, 1991 -476 с.

72. Разработка САПР: В 10 кн. Кн. 2. Системотехнические задачи создания САПР ТП / под ред. A.B. Петросова. М.: Высш. шк., 1990 - 144 с.

73. Разработка САПР: В 10 кн., кн. 1. Проблемы и принципы создания САПР: Практ. пособие / под ред. A.B. Петросова. М.: Высш. шк., 1990 - 143 с.

74. Рудзит Я.Н. Микрогеометрия и контактное взаимодействие поверхностей. -Рига: Знание, 1975-214 с.

75. Рыковский Б.П., Смирнов В.А., Щетинин Г.М. Местное упрочнение деталей поверхностным наклепом. М: Машиностроение, 1985. -152 с.

76. Самодумский Ю.М. Исследование процесса микрорезания, режущих свойств и стойкости абразива при вибрационной обработке: Дис. . канд. техн. наук: 05.02.08. Ростов н/Д, 1973 - 215 с.

77. Санамян В.Г. Повышение интенсивности процесса вибрационной обработки деталей за счёт увеличения давления в рабочей камере. Автореф. дис. . канд. техн. наук: 05.02.08 Ростов н/Д, 1997 - 20 с.

78. САПР изделий и технологических процессов в машиностроении / P.A. Аллик, В.И. Бороднянский, А.Г. Бурин и др., под общ. ред. P.A. Аллика. — Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986-319 с.

79. Сергиев А.П. Отделочная обработка в абразивных средах без жёсткой кинематической связи: Автореф. дис. . д-ра техн. наук: 05.02.08 Тула, 1990 -50 с.

80. Смелянский В.М. Механика упрочнения поверхностного слоя деталей машин в технологических процессах поверхностного пластического деформирования. М.: объединение «Машмир», 1992 - 60 с.

81. Смелянский В.М. Механика упрочнения поверхностного слоя деталей машин при обработке ППД. // Вестник машиностроения , 1982, №11.

82. Смелянский В.М. Механика формирования поверхностного слоя деталей машин в технологических процессах поверхностного пластического деформирования: Автореф. дис. . д-ра техн. наук: 05.02.08 — М., 1986 — 46 с.

83. Смелянский В.М., Калпин Ю.Г., Баринов В.В. Исчерпывание запаса пластичности металла в поверхностном слое деталей при обработке обкатыванием. // Вестник машиностроения, 1990, № 8.

84. Сулима A.M. и др. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин / Сулима A.M., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. М.: Машиностроение, 1988 - 240 с.

85. Тамаркин М.А. Оптимизация и разработка методических основ расчёта оптимальных технологических параметров процесса вибрационной обработки: Дис. . канд. техн. наук: 05.02.08 Ростов н/Д, 1982 - 166 с.

86. Тамаркин М.А. Оптимизация технологических параметров процесса вибрационной обработки // Совершенствование процессов отделочно-упрочняющей обработки деталей: Межвуз. сб. — Ростов н/Д, 1986 — с. 24 — 28.

87. Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1973. 224 с.

88. Триботехнология формирования поверхностей / И.Х. Чеповецкий, С.А. Ющенко, А.В. Бараболя и др., АН УССР ин-т сверхтвёрдых материалов. — Киев: Наук, думка, 1989 232 с.

89. Трилисский В.Д. и др. Объёмная центробежно-ротационная обработка деталей / НИИмаш, М., 1983 53 с.

90. Трилисский В.Д. Технология и оборудование для объёмной центробежно-ротационной обработки деталей. М., 1989 — 39 с.

91. Упрочнение поверхностей деталей комбинированными способами / А.Г. Бойцов, В.Н. Машков, В.А. Смоленцев, J1.A. Хворостухин. — М.: Машиностроение, 1991 144 с.

92. Устинов В.П. Исследование основных закономерностей процесса вибрационной отделочно-упрочняющей обработки деталей в металлических средах. Автореф. дис. канд. техн. наук: 05/164 Ростов н/Д, 1970 - 30 с.

93. Устинов В.П. Исследование основных закономерностей процесса ВиОУО деталей в металлических средах. Автореферат на соискание ученой степени к. т. н. РИСХМ. 1970. (105)

94. Формирование технических объектов на основе системного анализа / В.Е. Руднев, В.В. Володин, K.M. Лучанский и др. -М.: Машиностроение, 1991 —320 с.

95. Характеристики микрогеометрии, определяющие контактное взаимодействие шероховатых поверхностей (методика определения): Руководящие материалы Минстанкопрома / НИИмаш. М., 1973 - 32 с.

96. Хейфец С.Г. Аналитическое определение глубины наклепанного слоя при обкатке роликами стальных деталей. Сб. "Новые исследования в области машиностроительных материалов" ЦНИИТМАШ кн. 49, М., 1952, с. 7 17. (109)

97. Хрульков В.А. Отделочно-зачистная обработка деталей — М.: Машиностроение, 1979-216 с.

98. Хусу А.П. и др. Шероховатость поверхностей. Теоретико-вероятностный подход / Хусу А.П., Витгенберг Ю.Р., Пальмов В.А. М.: Наука, 1975 - 343 с.

99. Цветков В.Д. Системно-структурное моделирование и автоматизация проектирования технологических процессов. — Минск: Наука и техника, 1979 -264 с.

100. Челищев Б.Е. и др. Автоматизация проектирования технологии в машиностроении / Челищев Б.Е., Боброва И.В., Гонсалесс-Сабитер А. — М.: Машиностроение, 1987 264 с.

101. Чистовая, отделочно-упрочняющая и формообразующая обработка металлов/Сборник статей. РИСХМ, Ростов-на Дону 1973г.

102. Ящерицын П.И., Мартынов А.Н. Чистовая обработка деталей вмашиностроении. — Минск: Вышейш. шк., 1983 — 191 с.

103. H.Hertz. Gessamelte werke, Bd. I.Leipzig.1985.

104. Microfinishing machine improves part geometry // Amer. Mach. — 1993 137, №9.-p. 70-71.

105. Przybylski W.: Badania porownawcze wplywu nagniatania i szlifowania na niektore wlasciwosci warstwy wierzchniej stali konstrukcyjnej. Praca doctorska. Gdansk, PG 1975.