Повышение качества обработки маложестких валов путем автоматического управления параметрами термосиловой обработки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Воронов, Дмитрий Юрьевич

• Воронов, Дмитрий Юрьевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Воронов, Дмитрий Юрьевич

Введение.

1.Методы повышения эксплуатационной точности маложестких деталей.

1.1 Анализ влияния технологического процесса и физико-механических свойств материала на стабильность формы маложестких деталей.

1.2. Остаточные напряжения в техпроцессе изготовления маложестких деталей.

1.3. Технологические процессы и методы управления, применяемые для стабилизации форм и размеров маложестких деталей. 21 Выводы, цели и задачи работы.

2. Разработка математической модели технологического процесса термосиловой обработки.

2.1. Теоретические предпосылки к расчёту осевых деформаций и напряжений при термообработке.

2.2. Теоретический анализ и математическая модель процесса термосиловой обработки.

2.3. Создание динамической модели термосиловой обработки как объекта управления. 4 9 Выводы по главе 2.

3. Исследование повышения стабильности геометрических параметров маложестких деталей путем управления технологическим процессом термообработки.

3.1. Механическое представление сущности возникновения остаточных напряжений при обработке маложестких валов.

3.2 Структурная схема САУ термосиловой обработкой маложестких валов.

3.3 Физическая сущность процессов, протекающих при термосиловой обработке маложестких валов. 7 8 Выводы по главе 3.

4. Разработка средств управления для повышения стабильности форм и точности деталей малой жесткости.

4.1. Разработка функциональной схемы САУ термосиловой обработки на режимах отпуска.

4.2. Установка для ТСО маложестких валов в условиях развития фазовых превращений. 110 4.3 Устройство для термосиловой обработки при закалке маложестких валов. 120 4.4. Устройство для термосиловой обработки, с управлением величиной и скоростью изменения прикладываемой осевой нагрузки. 124 Выводы по главе 4.

5. Экспериментальное исследование размерной стабильности и точности деталей малой жесткости с использованием системы автоматического управления.

5.1. Технология изготовления длинномерных маложёстких деталей.

5.2. Экспериментальные исследования влияния термосиловой обработки при отпуске и закалке на геометрическую точность и стабильность формы длинномерных маложёстких деталей в условиях функционирования автоматической системы управления.

5.3. Исследование стабильности формы длинномерных деталей при управляемой вибростабилизирующей обработке.

Выводы по главе 5.

Выводы по результатам работы.

Список используемых источников.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение качества обработки маложестких валов путем автоматического управления параметрами термосиловой обработки»

Современный уровень развития машиностроения характеризуется постоянным повышением требований к качеству маложестких деталей типа валов, одним из основных показателей которого является отсутствие коробления. В большинстве случаев такие валы работают в условиях действия больших знакопеременных нагрузок и испытывают значительные упругие деформации изгиба и кручения. При больших скоростях вращения и малой жесткости валов даже весьма незначительная величина коробления вызывает появление дисбаланса, вибраций и увеличения динамических нагрузок на опоры, что существенно ускоряет процессы разрушения детали и машины в целом.

Появление коробления обусловлено высокой величиной и неравномерным распределением внутренних напряжений в объеме материала маложесткого вала. На формирование данного поля внутренних напряжений существенное влияние оказывают неравномерные пластические и температурные деформации материала вала при прокатке заготовки, в процессе механической и термической обработки, т.е. в следствии технологической наследственности.

Соответственно разработка и исследование методов снижения и равномерного распределения указанных напряжений, а также автоматического управления данными процессами позволит повысить качество длинномерных маложестких валов.

1.Методы повышения эксплуатационной точности маложестких деталей.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Воронов, Дмитрий Юрьевич

Выводы по главе 5.

1. В ходе проведения экспериментальных исследований, получены зависимость локальности пластической деформации, от следующих параметров: величина деформации; скорость деформации; температура.

2. Экспериментально получены технологические режимы термосиловой обработки маложестких валов которые находятся в пределах Т=200°С -400°С; £=0,8-5%, ¿>7,5*10~2 с-1, критерий локальности от 1,1 до 1,2.

3. Экспериментально подтверждено положительное влияние вибрационного воздействия при термосиловой обработке на локальность протекания пластической деформации, при использовании вибрационного воздействия значений критерия локальности снижаются на 20-25%, плоскость наибольшего прогиба смещалась всего на 5-20°, для сравнения у образцов не подвергнутых вибрационному воздействию плоскость наибольшего прогиба смещалась на 40-45°, а в одном случае на 60°.

4. Экспериментальная проверка основных теоретических положений настоящей работы показала удовлетворительное совпадение результатов расчёта и опыта. Для получения заданных геометрических и физико-механических параметров с использованием текущей информации при работе САУ, отпадает необходимость расчётов, основанных на априорной информации.

5. Создана и апробирована опытная установка для термосиловой обработки длинномерных деталей, оснащённая системой автоматического управления параметрами термосиловой обработки, работающей по заданному алгоритму, с применением микропроцессорной техники.

Установка позволяет обрабатывать заготовки диаметром до 80 м и длиной до 4000 мм с пределом текучести материала не более 800 МПа и обеспечивает стабильность формы заготовок согласно техническим требованиям на готовую продукцию, и точность - биение в пределах 10-15 мкм/м, значения критерия локальности 1,5-2,3, разброс по твердости не более 10-12%. б. Разработана и испытана установка для термообработки длинномерных заготовок при температурах закалки,

1.Решена научная задача в области технологии машиностроения, заключающаяся в создании новых методов автоматического управления процессом термосиловой обработки (отпуска и закалки). Установлены закономерности упруго-пластического деформированного поведения заготовки, проведено математическое описание и построены структурные схемы технологического процесса ТСО для получения требуемой точности и стабильности формы МЖД.

2.Разработана математическая модель поведения обрабатываемого материала детали, основанная на изучении внутренних свойств металла и внешних технологических воздействий на заготовку при формировании ее физико-механических свойств и геометрических параметров. Выявление связи упруго-пластического состояния детали с технологическими параметрами процессов обработки, показателями точности и стабильности форм, воплощены в новых методах термообработки и автоматического управления этими процессами.

3.Разработаны алгоритмы и программы управления параметрами упруго-пластическим деформированием под действием продольных сил. Установлена возможность поднастройки технологической системы путем введения дополнительных, отрицательных обратных связей по усилиям упруго-пластической деформации, по

4.Разработаны и реализованы специальные установки для горячей правки в стапеле при температуре закалки, термостабилизации при температуре отпуска.

5.Внедрение разработанных методов управления упруго-пластическим деформированием в процессе термобработки обработки заготовок на установках, оснащенных системами автоматического управления, позволило решить задачу изготовления длинномерных осесимметричных маложестких деталей типа «вал», эксплуатационная точность которых 15-20 мкм/м, а производительность в 2,5 - 3 раза выше традиционной. б. Разработанные установки для ТСО используются на

ОАО «Азотреммаш» г.Тольятти.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Воронов, Дмитрий Юрьевич, 2005 год

1. A.c. 1429488 СССР, МКИ В 23 0 15/00. Устройство для обработки ступенчатых осесимметричных деталей / О.И. Драчёв, О.И. Иванов, В.К. Мазур. (СССР) . б с.: ил.

2. А.с. 1509410 СССР, МКИ4 С 21 D 1/04. Способ снятия остаточных напряжений в металлических деталях. Г. П. Кузьмичев, А.М.Григорьев, E.JT. Клецков, И.П.Янович (СССР).-4с. : ил.

3. A.c. 1518384 СССР, МКИ4 С 21 D 1/04. Способ снятия остаточных напряжений в протяженных металлических изделий. Р.Ю.Бансявичус, В.В.Волков, М.И.Долгин (СССР).-4с. : ил.

4. A.C. №1258847 C21D1/78. Способ обработки нежестких деталей. О.И. Драчев, В.К. Мазур. СССР.-23.02.86

5. A.c. №4 689434 C21D9/06. Способ ТО асимметричных длинномерных деталей. О.И. Драчев, О.И. Иванов, Э.Н. Хенкина. СССР.- 10.05.89.

6. A.С. №1407969, C21D1/62. Устройство для закалки валов малой жесткости. О. И. Драчев, В.К. Мазур. СССР.- 07.07.88.

7. А.С. №4652441, В23<215/0о- Способ автоматического управления ТО. О.И. Драчев. СССР.- 30.12.88.

8. Бабичев М.А. Методы определения внутренних напряжений в деталях машин.- М. : Издательство АН СССР, 1955.- 132 с.

9. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. - М. : Машиностроение, 1978. - 184 с.

10. Беляев Г.С., Табанчиков П.Н. Технология производства валов. -М. Машгиз. 1961. 250 с.

11. Билик Ш.М. Макрогеометрия деталей машин. М. : Машиностроение, 1973. - 343 с.

12. Биргер И.А. Некоторые математические методы решения инженерных задач. -М. : Физматгиз, 1961. -284 с.

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

14. Бленд Д. Р. Теория линейной вязкоупругости. -М.: Мир 1965 137 с.

15. Борздыка А.М., Гецов Л.Б. Релаксация напряжений в металлах и сплавах.-М.: Металлургия,1972.- 304 с.

16. Васильевых Л. А. Интенсификация процессов обработки нежёстких деталей.

17. Иркутск 1990.- 280 е.: ил.

18. Вибрации в технике. /Под ред. В.В. Болотина. В б т. -М. : Машиностроение, 1978.Т.1. 352 с.

19. Вибрации в технике. /Под ред. К.В. Фролова. В б т. -М.: Машиностроение, 1981.Т.б. 456 с.

20. Вивденко Ю.Н. Релаксация технологических остаточных напряжений и коробление тонкостенных элементов деталей после операций обработки резания. Оптимизация технологических процессов по критериям прочности Межвуз. Научный сборник Уфа 1985. -с.31-36.

21. Воронов A.A. Основы теории автоматического управления. В 3 ч. JI.: Энергия, 1970.1. Ч.Ш. 328 с.

22. Д.Ю. Воронов; О.И. Драчев. Пути снижения коробления маложестких валов, путем применения термосиловой обработки. Журнал «Машиностроитель» №6, 2001 год.

23. Д.Ю. Воронов; О.И. Драчев; Расторгуев Д.А. Динамическая модель термосиловой обработки, какобъекта управления. Проблемы современного машиностроения. Сборник к 4 0-летию

24. Машиностроительного факультета. Тольятти 2001 год.

25. Д.Ю. Воронов; О.И. Драчев; Расторгуев Д. А. Влияние осевой пластической деформации на коробление готовой детали. Проблемы современного машиностроения. Сборник к 4 0-летию Машиностроительного факультета. Тольятти 2001 год.

26. Д.Ю. Воронов; О. И. Драчев; A.B. Бобровский. Влияние несоосности при термосиловой обработке на коробление готовой детали. Межвузовский сборник научных трудов. Часть 2. Тольятти 2000 год.

27. Д.Ю. Воронов; О.И. Драчев. Пути технологического управления стабильностью форм маложестких деталей. Юбилейная научно-техническая конференция. Тезисы докладов. Тольятти 1997 год.

28. Д.Ю. Воронов; О.И. Драчев. Пути технологического воздействия на стабильность формы маложестких деталей. Педагогические, экономические и социальные аспекты научной и производственной деятельности. Межвузовский сборник научных трудов. Тольятти 1998 год.

29. Патент на изобретение, от 10.07.04. № 2232198. Устройство для термосиловой обработки. Д.Ю. Воронов; О.И. Драчев; Расторгуев Д.А.

30. Гешелин Ю.В., Посвятенко Э.К. Формирование остаточных напряжений в гильзах гидроцилиндров технологическими методами. // Повышение эффект. Протягив. Рига.-1990.-с.75-81.

31. Грушечев В.В., Липатов A.M., Сирицин И.А., Лобанов H.A. Повышение точности обработки нежестких деталей // Стан. И Инстр. 1990.- №2.- с. 29-30.

32. Дальский A.M. Технологическое обеспечение надёжности высокоточных деталей машин. М.: Машиностроение, 1975. - 223 с.

33. Дальский A.M. Повышение качества высокоточных изделий на основе явлений технологической наследственности // ТрМВТУ- 1989.-№518.- с.3-13.

34. Давиденков H.H. Журнал технической физики 1981 т.1 вып.1 с. 5-17.

35. Долецкий В.А., Бунтов В.Н. Увеличение ресурса машин технологическими методами. М. : Машиностроение, 1978. - 214 с.

36. Дорожкин H.H., Карпушин В. А. Прогрессивные методы повышения точности обработки нежёстких деталей. Минск.: БелНИИТИ и технико-экономические исследования, 1977. 16 с.

37. Драчев О.И., Иванов О. И. К вопросу об оптимальном управлении демпфированием колебаний стержней с использованием принципа максимума Понтрягина. // Сб. Технология и автоматизациямашиностроения. № 46. - Киев: Техника. 1989. -140 с.

38. Драчев О.И. Аналитический расчёт деформаций при термостабилизации длиномерных заготовок. //Сб. Технология и автоматизация машиностроения. № 48. Киев: Техника. 1991. - с. 41-45.

39. Драчев О.И. Автоматическая система стабилизации геометрических форм маложёстких деталей при термомеханической обработке. Куйбышев: Тр. КПтИ, 1990. с. 129 -142.

40. Драчев О.И., Хенкина Э.Е. Пути технологического воздействия на стабильность форм маложестких осемметричных заготовок. // Технол. и Автоматиз Машиностр 1991 - № 48 с.13-16

41. Драчев О.И., Скиданенко В. И. Возможность управления остаточными напряжениями при термомеханической обработке маложестких деталей.// Технол. и Автоматиз Машстр. Киев. 1989 №4 4 с. 2731.

42. Ерофеев A.A. Теория автоматического управления. Политехника, 2003, 302 с.

43. Иванов Ю.А., Ефимов В. Д. Вибрационная стабилизация геометрической формы стальных деталей типа винтов, валов, шпинделей. В кн.: Технология производства, научная организация труда и управления, М.: НИИмаш, 1980, №8, с. 4-5.

44. Игнатьков Д. А. Остаточные напряжения в неоднородных деталях. Кишинев: Штиница 1992 - 232 с.

45. Кайбышев O.A. Пластичность и сверхпластичность металлов. М.: Металлургия, 1975, 280с.

46. Кишуров В.М., Шарипов Б. У. Остаточная напряженность обработанного поверхностного слоя. // Рез. и Инстр.-1990.- №44.-с.50-53.

47. Кобрин М.М., Дехтярь Л.И. Определение внутренних напряжений в цилиндрических деталях. -М.: Машиностроение 1965 175 с.

48. Козирук Г.П. Образование остаточных напряжений и деформаций в условиях действия технологической наследственности. Оптимизация технологических процессов по критериям прочности Межвуз. Научный сборник Уфа 1985. с.20 -23.

49. Колод Л.П. Технологическое обеспечение точности нежестких деталей. -1991. Пенза,- с.42-43.

50. Кудинов В.А. Динамика станков.- М. : Машиностроение, 1967. 399 с.

51. Кузнецов Р.И., Павлов В. А. Временный ход пластической релаксации напряжений // Физика металлов, металловедение.- М.: 1968. 210 с.

52. Кузовкин Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. М. : Машиностроение, 1976. 184 с.

53. Максимов Ю.В., Анкин A.B., Матяш В. И. Математическое моделирование формообразования деталей класса нежестких валов. // Вестник машстр.-1997.- №3.

54. Михайлов О.Н. Связь объёмных и плоских остаточных напряжений состояний в цилиндрическихдеталях и их элементах при радиальном градиенте. // Пробл. прочности. 1983. - №8. - с.59-62.

55. Мошин E.H. Исследования пластического изгиба. // Труды ЦНИИТМАШ, М.: Машгиз, 1954. кн. с. 62 -65.

56. Мурашкин J1.C. О глубине наклепанного слоя при резании металлов. Машиностроение №324, ■"Машиностроение" Ленинград 1972. с.220-222.

57. Мурашкин Л.С., Мурашкин С. Л. Скорость распространения пластической деформации. :Машиностроение № 324, "Машиностроение" Ленинград 1972. с.223-224.

58. Новик А., Берри Б. Релаксационные явления в кристаллах. М., Атомиздат 1975.с.472.

59. Няшин Ю. И. Об управлении процессом обработки материалов целью снижения остаточных напряжений. // Прикладная математика механика, 1981, т.45 № 2.

60. Основы автоматического управления / Под ред. B.C. Пугачева, М.: Наука, 1974. - 720 с.

61. Остаточные напряжения /Ред. Осгуд В. Р. М. : ИЛ, 1957. - 169 с.

62. Остаточные технологические напряжения. //Тр. 2 Всесоюзного симпозиума. И.: 1985. - 390 с.

63. Отчёт инв.№ Б984698. Снятие внутренних напряжений и стабилизация формы сварных и литых деталей вибрационной обработкой. Куйбышев 1980.

64. Подпоркин В.Е. Обработка нежестких деталей. -Л.: Машгиз, 1959. 208 с.

65. Поздеев A.A., Няшин Ю.И., Трусов П.В. Остаточные напряжения теории и приложения. М.: Наукова Думка, 1982. - 291 с.

66. Разработка и внедрение рекомендаций по снижению коробления деталей: Отчет / НИИПТмаш. Руководитель В.А. Колот. Инв.№ 0281.2.004982, Краматорск, 1981,- 78 с.

67. Раппен А. Описание метода использования вибраций в области механической обработки для измерения внутренних напряжений в металлах. Пер. с немецкого. №5030.

68. Резников А.Н. Теплофизика процессов механической обработки материалов. М.: Машиностроение 1981. - 279 с.

69. Релаксационные явления в твердых телах.- Труды IV Всесоюзной конференции / Воронежский политехнический институт. М. : Металлургия, 1968.- 694 с.

70. Работнов Ю.И. Элементы наследственной механики твердых тел. М.: Наука, 1977, 350 с.

71. Салагевич В.М., Савельев В.Ф. Стабильность сварных соединений и конструкций. М. : Металлургия, 1986, 264 с.

72. Сериков C.B., Шевчак Д.А., Резников Ю.А., Вагин A.B. Оценка уровня остаточных напряжений в шарикоподшипниковых кольцах. М.: Машиностроитель.

73. Садовский В. Д. Структурная наследственность в стали. М.: Металлургия, 1973, 208 с.

74. Скороходов А.Н., Зудов Е.Г., Киричков А.А, ,

75. Петренко Ю.П. Остаточные напряжения в профилях испособы их снижения. Москва "Металлургия" 1985.,- 200 с.

76. Соломинцев Ю.М., Митрофанов Ю.Г., Протопопов С.П. и др. Адаптивное управление технологическими процессами. М.: Машиностроение, 1980. - 536 с.

77. Соркин Л.С. Определение остаточных напряжений в телах не осесемметричной конфигурации. Москва Теплотех. ин-т.

78. Соркин Л.С. Определение остаточных напряжений в многослойных цилиндрах. Москва Теплотех. ин-т.

79. Судьин Ю.А., Шалупов В. И. Технологическое "Наследование" погрешностей колец подшипников. // Автомоб. Пром.- 1993.- №9. с.26-27.

80. Уменьшение механический напряжений и стабилизация металла с помощью вибраций. Пер. с англ. №Ц-33540.-М.:Всесоюзный центр переводов, 1974 425 с.

81. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов. М., Машиностроение. 1974. Т.4 471 с.

82. Шприпов Б. У. Технологическая наследственность состояния поверхностного слоя обработанной детали // Межвуз.Темат.науч.сб. —Уфа 1989. с. 113-122.

83. Ящерицын П. И. Основы технологии механической обработки и сборки в машиностроении. Минск: Вышэйшая школа, 1974. - 608 с.

84. Ящерицын П. И. Технологическая наследственность и эксплуатационные свойства шлифованных деталей. Минск. Наука и техника.1971 г. 212с.

85. Ящерицын П.И., Скорынин Ю.В. Технологическая и эксплуатационная наследственность и ее влияние на долговечность машины. Минск: Наука и техника, 1978 г. - 246 с.

86. Ящерицын П.И., Белкин М.Я., Колот В.А., Колот Л.П. Повышение качества нежестких деталей на финишных операциях // Вестник маш.стр. 1990,- №9.-с.60-62.

87. Basu К., Subrahmanya С.К. Vibratory stress reliving. Prog. End., 1980, №6, p 46-48.

88. Pattenson E.G., Dugdate D.S. «Metallurgica». Manchester, 1982, №11, p. 228.

89. Schmid E, Boas W. Plasticity of crystals. London 1992.

90. Seitz F. Physics of metals. New York 1999.