Повышение эффективности отделочно-упрочняющей центробежно-ротационной обработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат технических наук Тищенко, Элина Эдуардовна

• Тищенко, Элина Эдуардовна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Тищенко, Элина Эдуардовна

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Сущность и технологические возможности центробежно-ротационной обработки.

1.2 Обзор работ в области отделочно-упрочняющей центробежно-ротационной обработки.

1.3 Цель и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ЦЕНТРОБЕЖНО-РОТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ.

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

2.2 Определение фактической площади контакта при единичном взаимодействии.

2.3 Формирование профиля установившейся шероховатости.

2.3.1 Геометрическая схема образования профиля установившейся шероховатости.

2.3.2 Определение среднего арифметического отклонения профиля установившейся шероховатости. (

2.3.3 Учет величины объема загрузки рабочей камеры."

2.3.4 Разработка методики расчета времени обработки.

2.3.5 Определение коэффициента интенсивности изменения шероховатости.

2.4 Формирование параметров качества поверхностного слоя детали.

2.4.1 Исследование величины глубины упрочненного слоя и степени упрочнения.

2.4.2 Исследование величины остаточных напряжений при ЦРО.

3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1 Технологическое оборудование.

3.2 Приборы и приспособления для экспериментальных исследований.

3.3 Выбор материалов образцов.

3.4 Методика определения микротвердости поверхностного слоя.

3.5 Методика определения шероховатости поверхности.

3.6 Методика исследований остаточных напряжений.

3.7 Методика исследований усталостной долговечности.

3.8 Исследование размеров единичных следов.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ОТДЕЛОЧ1Ю-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ЦЕНТРОБЕЖНО-РОТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ.

4.1 Исследование шероховатости поверхности.

4.2 Определение коэффициента кэф.

4.3 Определение коэффициента к,.

4.4 Определение коэффициента интенсивности изменения шероховатости

4.5 Исследование микротвердости поверхностного слоя. Определение глубины упрочненного слоя и степени упрочнения при ЦРО.

4.6 Исследование остаточных напряжении.

4.7 Исследование усталостной долговечности.

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

5.1 Разработка методики оптимизации.

5.2 Разработка элементов САПР ТП.

5.2.1 Общая структура САПР ТП.

5.2.2 Оптимизация технологических параметров отделочно-упрочняющей центробежно-ротационной обработки.

5.3 Внедрение результатов исследований в производство.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности отделочно-упрочняющей центробежно-ротационной обработки»

Важнейшей задачей современного машиностроения является повышение долговечности изделий, их эффективности и конкурентоспособности на мировом рынке. Одним из основных путей решения этой задачи является использование методов упрочнения поверхностным пластическим деформированием (ППД). Отделочно-уирочняющая центробежно-ротационная обработка (ОУ ЦРО) в среде стальных шариков является одним из наиболее эффективных методов обработки поверхностным пластическим деформированием.

Данная работа посвящена разработке методики повышения эффективности отделочно-упрочняющей центробежно-ротационной обработки на основе построения адекватных теоретических моделей формирования поверхностного слоя детали и оптимизации технологических параметров процесса.

К настоящему времени в результате проведенных различными авторами исследований выявлены основные технологические возможности ЦРО, определены основные элементы конструктивных параметров станков. Вместе с тем, обширен круг нерешенных вопросов, которые сдерживают широкое внедрение процесса и производство. Отсутствуют теоретические модели формирования шероховатости поверхности при ЦРО, определения глубины упрочненного слоя и степени упрочнения, не разработана методика выбора и расчета технологических параметров при решении различных технологических задач, мало исследованы вопросы формирования остаточных напряжений и повышения эксплуатационных свойств обрабатываемых деталей, недостаточно исследован вопрос о влиянии объема загрузки рабочей камеры станка, отсутствует методика прогнозирования физико-механических свойств поверхностного слоя деталей и шероховатости обработанной поверхности.

Решению вышеперечисленных вопросов посвящена эта работа.

В работе проведены теоретические исследования процесса ОУ ЦРО. Проведен анализ формирования профиля шероховатости обработанной поверхности. Дан анализ единичного взаимодействия частицы обрабатывающей среды с поверхностью детали. Определены характеристики следа взаимодействия. Получена зависимость для определения среднего арифметического отклонения профиля установившейся шероховатости поверхности, учитывающая режимы обработки и свойства материала обрабатываемой детали. Установлены закономерности формирования качества поверхностного слоя при ОУ ЦРО. Получены теоретические зависимости для определения глубины упрочненного слоя и степени упрочнения. Исследовано влияние поверхностных остаточных напряжений при ОУ ЦРО на эксплуатационные характеристики обработанных деталей.

Проведены экспериментальные исследования процесса ОУ ЦРО, направленные на изучение среднего арифметического отклонения профиля шероховатости поверхности, глубины упрочненного слоя, степени упрочнения, формирования остаточных напряжений, исследование усталостной долговечности обработанных деталей. По результатам экспериментальных исследований установлена адекватность полученных теоретических моделей.

На основании результатов теоретических и экспериментальных исследований разработана методика выбора и расчета оптимальных технологических параметров процесса и прогнозирования результатов обработки.

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

1. Состояние вопроса н постановка задачи исследований

Заключение диссертации по теме «Технология машиностроения», Тищенко, Элина Эдуардовна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны адекватные теоретические модели формирования характеристик поверхностного слоя, позволяющие повысить эффективность ОУ ЦРО на стадии проектирования ТП.

2. Разработана теоретико-вероятностная модель процесса формирования профиля шероховатости поверхности при ОУ ЦРО, учитывающая влияние параметров обработки, характеристик рабочих сред и свойств материала детали.

3. Разработана теоретическая модель определения глубины упрочненного слоя и степени упрочнения в зависимости от характеристик процесса и свойств материала обрабатываемых деталей.

4. На основании результатов экспериментальных исследований установлена адекватность предложенных теоретических зависимостей.

5. Раскрыты основные закономерности формирования остаточных напряжений. В результате экспериментальных исследований установлено, что в поверхностном слое обработанных деталей формируются сжимающие остаточные напряжения, величина которых примерно соответствует результатам упрочняющей вибрационной обработки, а глубина залегания примерно в 1.5 раза больше.

6. Проведены экспериментальные исследования усталостной долговечности деталей при циклическом нагружении. Установлено повышение усталостной долговечности в 1.5-1.6 раз.

7. Разработана методика расчета повышения предельных напряжений цикла при циклическом нагружении детали по глубине поверхностного слоя после ЦРО.

8. Получены зависимости для прогнозирования параметров шероховатости обработанной поверхности и характеристик упрочнения поверхностного слоя детали.

9. Разработаны инженерные рекомендации по выбору и оптимизации основных технологических параметров обработки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Тищенко, Элина Эдуардовна, 2004 год

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

2. 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. Ростовн/Д, 1975.-462 с.

3. Бабичев А.П., Бабичев И.А. Основы вибрационной технологии. Ростов н/Д: Изд. Центр ДГТУ, 1998 624 с.

4. Бабичев А.П., Мишняков Н.Т. Теоретико вероятностная модель процесса виброобработки плоской детали в случае эллиптических пятен контакта / Прогрессивная отделочно-упрочняющая технология: Межвуз. сб. - Ростов н/Д, 1981. - С. 8 - 10.

5. Базовский И. Надежность. Теория и практика. М.: Мир, 1965. - 373с.

6. Байкалов А.К. Введение в теорию шлифования материалов. Киев: Наук, думка, 1978. - 270 с.

7. Биргер И.А. Остаточные напряжения. М.: Машгиз, 1963. -232 с.

8. Борздыка A.M., Л.Б.Гецов Релаксация напряжений в металлах и сплавах. М., Металлургия, 1978, 256 с.

9. Брандт 3. Статистические методы анализа данных. М.: Мир, 1975. -311с.• Ю.Бурштейн И.Е. и др. Объёмная вибрационная обработка /Бурштейн

10. И.Е. Балицкий В.В., Духовский А.Ф. М.: Машиностроение, 1981 — 52 с.

11. П.Вентцель Е.С. Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Наука, 1988. - 480 с.

12. Вибрации в технике. Справ, в 6 т., Под ред. Ф.М.Диментберга, К.С.Колесникова. М.: Машиностроение, 1980.

13. Виноградов В.Н., Бирюков В.И., Назаров С.И. Экспериментальные исследования реакции материала при ударе сферической частицы / Трение и износ. 1982-ТЗ, Л» 1 - с. 160- 164.

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

15. Виттенберг Ю.Г. Шероховатость и методы её оценки. Л.: Судостроение, 1971 108 с.

16. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Высшая школа, 1972. - 368 с.

17. Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей.-М.:Наука,1988.-448с.

18. Горохов В.А. Обработка деталей пластическим деформированием. К.: Техника, 1978.- 192с.

19. Григорович В.К. Твердость и микротвердость металлов.-М. :Наука, 1976.-23 0с.

20. Гуляев А.П. Металловедение. Учебник для вузов. М.: Металлургия, 1986, 544 с.

21. Давыдова И.В. Совершенствование процесса и разработка методики расчета технологических параметров центробежно-ротационной обработки деталей. Дис. канд. техн. наук. Ростов-на-Дону, 1994

22. Дель Г.Д. Технологическая механика. М., "Машиностроение", 1978 -174 с. с ил.

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. Дрозд М.С. Определение механических свойств металла без разрушения. М.: Металлургия, 1965. - 172 с.

26. Дунин-Барковский И.В. Карташова Л.И. Измерения и анализ шероховатости, волнистости и некруглости поверхности.- М.: Машиностроение, 1978. 232 с.

27. Качество машин: Справочник. Под ред. Суслова А.Г. и др. М.: Машиностроение, 1995 — т. 1 256 е., т. 2 - 430 с.

28. Кильчевский Н.А. Динамическое контактное сжатие твёрдых тел. Удар. Киев: Наук, думка, 1976 - 314 с.

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

30. Королёв А.В. Исследование процессов образования поверхностей инструмента и детали при абразивной обработке. — Саратов: Из-во Саратов, ун-та, 1975 191 с.

31. Королёв А.В., Новосёлов Ю.К. Теоретико-вероятностные основы абразивной обработки. Саратов: Изд-во Саратов, ун-та, 1989 — Т. 1,2

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

33. 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.

34. Кроха В.А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации: Справочник. М.: машиностроение, 1980. - 157 с.

35. Кудрявцев И.В. Внутренние напряжения как резерв прочности в машиностроении.-М., 1951

36. Кудрявцев И.В. и др. Повышение прочности и долговечности крупных деталей машин поверхностным наклепом. М. НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1970,- 144с.

37. Кудрявцев И.В. Основы выбора режима упрочняющего поверхностного наклепа ударным способом. В кн.: Повышение долговечности деталей машин методами поверхностного наклепа. Тр. ЦНИИТМАШ, вып. 108, 1965. С. 6-34.

38. Кузаконь В.М. Исследование центробежного метода обработки деталей свободными абразивами и определение оптимальных технологических режимов и параметров оборудования. Автореф. дис. канд. техн. наук. Одесса, 1977

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

40. Лукьянов B.C. Рудзит 51.А. Параметры шероховатости поверхности. -М.:Изд-во стандартов, 1979.-162с.

41. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов но твердости,- М.'Машиностроение, 1979.-191с.

42. Мартынов Л.М.Основы метода обработки деталей свободным абразивом, уплотненным инерционными силами.-Саратов:Изд-во Саратов, ун-та, 1981 .-212с.

43. Маталин А.А. Технологические методы повышения долговечности машин. — Киев: Техника, 1971 — 144 с.

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

45. Механические свойства материалов при сложном напряженном состоянии. Справочник иод ред. В.Т.Трощенко. К., Наукова Думка, 1983, 366 с.

46. Михин Н.М. Внешнее трение твёрдых тел. М.: Наука, 1977 — 222 с.

47. Москвитин В.В. Циклические нагружения элементов конструкций. М., Наука, 1981.- 344 с.

48. Непомнящий Е.А., Кремень З.И., Массарский M.JI. О закономерностях образования микрорельефа поверхностей при обработке потоком абразивных частиц / Изв. вузов. Машиностроение, 1984 J\l>2 - с. 117121.

49. Непомнящий Е.Ф. Трение и износ под воздействием струи твердых сферических частиц.// Контактное взаимодействие твердых тел и расчет сил трения и износа.-М.:Наука,1971.-С.190-200.

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

51. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник М.: Машиностроение, 1987-328 с.54.0лейник Н.В., Кычин В.П., Луговской A.JI. Поверхностное динамическое упрочнение деталей машин.-К.: Техника, 1984. 151с.

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

53. Панчурин В.В. Упрочняющая обработка зубчатых колес транспортных машин центробежно-ротационным способом: Дис. .канд. техн.наук:05.02.08.-М.:МИИЖТ,1989.-243с.

54. Папшев Д.Д. Отделочно-уирочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. - 152 с.

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

56. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение машиностроительных материалов. Справочник. 2-е изд., перераб. И доп. М.: Машиностроение, 1994. - 496с.

57. Поляк М.С. Технология упрочнения. В 2 т. М.: JI.B.M. СКРИПТ, Машиностроение, 1995. - 832с, 688с.

58. Прокопец Г.А. Интенсификация процесса виброударной обработки на основе повышения эффективности виброударного воздействия и учета ударно-волновых процессов. Дис. . канд.техн.наук, Ростов н/Д, 1995. -220 л. с пл., РИСХМ

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

60. Проников Л.С. Надёжность машин. М.: Машиностроение, 1978 - 592 с.

61. Пшебыльский В.П. Технология поверхностной пластической обработки. М.: Металлургия, 1991 - 476 с.

62. ГЬжина П. Основные вопросы вязкопластичности. М., Мир, 1968, 176 с.

63. Работнов IO.II. Механика деформируемого твердого тела. М., Наука, 1979, 744 с.

64. Рыковский Б.П., В.Л. Смирнов, Г.И. Щетинин Местное упрочнение деталей поверхностным наклепом. М.: Машиностроение, 1985

65. Саверин М.М. Дробеструйный наклеп. Теоретические основы и практика применения. М.: Машгиз, 1955. 312 с.

66. Савин Г.М., Тульчии В.И. Справочник по концентрации напряжений. Киев, Вища школа, 1976, 410 с.

67. САПР изделий и технологических процессов в машиностроении / Р.А. Аллик, В.И. Бороднянский, А.Г. Бурин и др., под общ. ред. Р.А. Аллика. — J1.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1986 319 с.

68. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2002

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

70. 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.

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

72. Сыроегина Н.А. Ударное вибронакатывание. В кн.: Новые технологические процессы и оборудование для поверхностной пластической обработки материалов. Тез. докл. Всесоюзн. науч. техн. конф. Брянск, 1986.

73. Такео Екобори Научные основы прочности и разрушения материалов. К., Наукова Думка, 1978, 352 с.

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

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

76. Тамаркин М.А. Теоретические основы оптимизации процессов обработки деталей свободными абразивами. Дис. докт. техн. наук . Ростов-на-Дону, 1995 г.

77. Трилисский В.О. и др.Объемная центробежно-ротационная обработка деталей / НИИмаш, М., 1983. 53с.

78. Трощенко В.Т. Деформирование и разрушение металлов при многоцикловом нагружении. 1981.

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

80. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. М: Наука, 1972. - 544 с.

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

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

83. Чаава М.М. Оптимизация технологических параметров вибрационной отделочной обработки. Дис. . канд.техн.наук, Ростов н/Д, 1997. -152 ► л. с ил., ДГТУ

84. Чепа П.А. Технологические основы упрочнения деталей поверхностным деформированием. Мн., Наука и техника, 1981. — 128 с.

85. Чепа П.А., Андрияшин В.А. Эксплуатационные свойства упрочненных деталей. Минск: Наука и техника, 1988. - 192с.

86. Школьник JI.M. Методика усталостных испытаний. Справочник. М., «Металлургия», 1978. 304 с.

87. Щерба JI.M. Проектирование технологических процессов виброудариой отделочной обработки шарико-стержневым упрочнителем с учетом снижения шума в рабочей зоне. Дис. . канд.техн.наук, Ростов н/Д, 2003. -172 с.

88. Ящерицын П.И., Мартынов А.Н. Чистовая обработка деталей в машиностроении. — Минск: Вышейш. шк., 1983- 191 с.

89. Boutreaux Т. et al. Propagation of a pressure step in a granular material: The role of wall friction. Phys.Rev.E-1997.-5 5, No.5b, p. 57-59.

90. Jaeger, M., Nagel, S.R., Behringer, R.P. Granular solids, liquids, and gases. Rev.Mod. Phys., 68, p. 1259-1273.

91. Yokomithi I. et al. Impact Damper with Granular Materials for Multibody System. Trans. ASME, J. Pressure Wessel Technol. 1996, 11, pp. 160-166

92. Heywood R.B. Designing against fatigue.- London: Chapman and Hall Ltd., 1962.-504 p.

93. Патент на полезную модель «Устройство для отделочно-упрочняющей обработки деталей» №2004116983/17 приоритет 07.07.2004 г.1. ТЕХНИЧЕСКИМ АКТ ВНЕДРЕНИЯ

94. Ожидаемый экономический эффект 50 тыс. рублей.1. От ДГТУот ОАО «Гранит»1. Тамаркин М.А.1. Вайнтрауб Э.Ш.1. Тищенко Э.Э.