Повышение производительности процесса стабилизации деформации упругих чувствительных элементов типа круглых пластин применяемых в датчиках давления способом ультразвукового механического воздействия тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.08, кандидат наук Балтаев Тимур Асхатович

• Балтаев Тимур Асхатович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Балтаев Тимур Асхатович

Определения

Обозначения и сокращения

Введение

Глава 1. Анализ исследований в области совершенствования технологии стабилизации напряжений в изделиях машиностроительного производства

1.1 Причины возникновений внутренних напряжений в процессе изготовления изделий машиностроительного производства

1.2 Роль накопленной деформации в упругих чувствительных элементах малогабаритных датчиков давления типа МД - ТП и их влияние на стабильность работы прибора

1.3 Классификации методов стабилизации напряжений в чувствительных элементах датчиков давления

1.4 Патентный поиск способов и устройств релаксации напряжений металлических изделий основанных на энергии ультразвука

1.5 Ультразвуковой метод стабилизации механических и геометрических параметров изделий

1.6. Вывод

Глава 2. Математическое моделирование процесса ультразвуковой релаксации остаточных напряжений и стабилизации параметров круглых пластин

2.1 Исходные данные и принятые ограничения

2.2 Остаточная деформация круглой упругой пластины при наличии в

ней остаточных напряжений

2.3 Способ ультразвуковой стабилизации геометрических параметров круглых металлических пластинах

2.4 Разработка алгоритма и программы моделирования

2.5 Анализ полученных результатов

2.6 Вывод

Глава 3. Методика проведения экспериментальных исследований

3.1 Объект исследований

3.2. Экспериментальная установка, метрологические средства

3.3 Методика рационального планирования экспериментов и обработки результатов

3.4 Вывод

Глава 4. Обработка результатов экспериментальных исследований

4.1 Влияние условий ультразвуковой стабилизации на геометрические параметры круглых пластин

4.2 Проверка адекватности математической модели

4.3 Методика выбора рациональных условий обработки

4.4 Сравнительный анализ изменения свойств и структуры материала

в результате воздействия ультразвуковых механических колебаний

4.5 Вывод

Глава 5. Разработка технологических рекомендаций и технико-

экономическое обоснование

5.1 Область практического применения предложенной технологии

5.2 Разработка технического задания на создание промышленного оборудования для ультразвуковой стабилизации деталей типа круглых пластин

5.3 Расчет экономической эффективности промышленного применения результатов исследований

5.4 Вывод

Заключение

Список использованных источников

Приложения

Приложение I: журнал планирования эксперимента

Приложение II: Отчёт результатов испытаний технологии ультразвуковой стабилизации

Приложение III: Деталировочные чертежи приспособления

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1. Мембрана (Membrane) - называется круглая плоская или гофрированная пластинка, заделанная по краям. Мембраны применяют в качестве чувствительных элементов приборов для измерения давления, в акустических приборах (микрофонах, телефонах и т. п.). Гофрированные мембраны допускают большие перемещения, чем плоские. Мембраны изготовляют из высококачественных пружинных сталей, бронз и латуней, а также резины и пластмасс. Обычно толщина металлических мембран составляет 0,06 ... 1,5 мм, а неметаллических 0,1 ... 5 мм [31].

2. Последействие (Residual effect) - несовершенство свойств материала упругого чувствительного элемента, может влиять и на изменение его деформаций во времени при приложении одинаковых нагрузок [31].

3. Прочность (Robustness) - свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под действием внешних сил [31].

4. Твердость (Hardness) - свойство материала сопротивляться внедрению в него другого более твердого тела - индентора [31].

5. Ультразвуковые колебания (Ultrasonic vibrations) - соответствуют частотам от 16...20 кГц до 108 МГц, а колебания с частотой более 108 МГц получили название гиперзвука [31].

6. Ультразвук (Ultrasonic) - это упругие колебания высокой частоты. Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно до 16-20 кГц; колебания с более высокой частотой представляют собой ультразвук (за пределом слышимости). Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до миллиарда Гц [31].

7. Резонанс (Resonance) - явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы [31].

8. Релаксация напряжений (Stress relaxation) - процесс самопроизвольного изменения (обычно уменьшение) напряжений в нагруженных деталях при постоянной полной деформации. При этом снижение напряжений происходит вследствие постепенного уменьшения упругой деформации и приращения на ту же величину вязкоупругой и вязкопластической составляющих деформации (для металлов чаще на величину вязкопластической деформа-ции)[31].

9. Разрушение (Destruction) - непредусмотренное разделение тела конструкции или ее элементов на части [31].

10. Деформация (deformation) - изменение размеров, формы и конфигурации тела в результате действия внешних или внутренних сил [31].

11. Усталость (Weariness) - понижение прочности детали в результате многократного приложения нагрузки [31].

12. Предел выносливости (Endurance limit) - наибольшее по величине значение максимального напряжения цикла, при котором образец выдерживает без разрушения базовое число циклов [31].

13. Концентрация напряжений (Stress concentration) - явление локального увеличения напряжений, возникающего вблизи мест резкого изменения формы детали [31].

14. Жесткая пластина (Rigid plate) - пластина, у которой величина прогиба не превышает 20- 25% от собственной толщины w ~ (1... 1 )h [31].

15. Гибкая пластина (Flexible plate) - пластина, у которой величина прогиба превышает 20- 25% от собственной толщины w > (1... 1 )h [31].

16. Интенсивность радиального, окружного изгибающих моментов (The intensity of the moment) - моменты, приходящиеся на единицу длины сечения [31].

17. Жесткое закрепление (Rigid attachment) - исключает угловые и линейные перемещения закрепленных кромок [31].

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

№ п/п

2

Название параметра Диаметр пластины

Диаметр наконечника ультразвукового инстру-

Усл. Единица

обозн. измерения

d мм

d0 мм

мента

3 Толщина пластины г мм

4 Воздействующие усилие Р Н

5 Равномерно распределенные напряжения по поверхности пластины Ч Н/мм2

6 Коэффициент Пуассона м Дж/мм3

7 Удельная потенциальная энергию Ыо

8 Предел выносливости б-1 МПа

9 Предел прочности бвр МПа

10 Прогиб пластины ю мм

11 Радиальный изгибающий момент Мг кгсм/см

12 Окружной изгибающий момент мв кгсм/см

13 Радиальное нормальное напряжение аг кг/см2

14 Окружное нормальное напряжение ае кг/см2

15 Модуль упругости Е МПа

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение производительности процесса стабилизации деформации упругих чувствительных элементов типа круглых пластин применяемых в датчиках давления способом ультразвукового механического воздействия»

ВВЕДЕНИЕ

Машиностроение - важнейшая отрасль экономики любого индустриально развитого государства, производящая всевозможное оборудование, машины, станки, датчики, приборы, а также товары для населения. Машиностроение относится к обрабатывающей промышленности, охватывает агропромышленный комплекс, энергетический и металлургический секторы, транспорт и остальные отрасли экономики, обеспечивая стабильность их деятельности. Устойчивое развитие и надежное функционирование отрасли во многом определяет энергоемкость и материалоемкость экономики, производительность труда, уровень экологической безопасности промышленного производства и, в конечном итоге, экономическую безопасность страны. Данные показатели являются важнейшими факторами успешного экономического развития.

Актуальность. В точном машиностроительном производстве значительную долю составляют различного рода приборы и датчики, важными элементами которых являются упругие маложесткие детали типа круглых пластин.

Упругая тонкостенная деталь типа круглой пластины сопряжена с деталями сложного механизма, которые соединяются между собой, в основном, с помощью винтов и прочих резьбовых соединений. Большое количество пружин возвратного типа, внутренних люфтов подвижных механизмов, способствует в процессе работы возникновению накопленной деформации круглой пластины, что влияет на стабильность показаний в процессе эксплуатации датчика давления типа МД - ТП, предназначенного доя дистанционного контроля избыточного давления жидкости или газа. Стабильность характеристик круглой пластины во времени способна измениться вследствие пластической ползучести материала, которое может возникнуть при нормальной температуре и накопленной деформации. Это связано с неоднородностью структуры материала и появлением в его микрообъемах остаточных напряжений при изготовлении. Для исключения данного явления в режиме эксплуатации, круг- 7 -

лые пластины подвергаются стабилизации - специальной технологической обработке, так называемой «тренировке», при которой равномерно распределенная циклическая нагрузка действует на круглую пластину под действием жидкости или газа, эмитируя реальную работу прибора. Данная операция подразумевает под собой искусственную стабилизацию накопленной деформации круглой пластины, с целью получения стабильных показаний датчиков давления. Тренировка в течение нескольких часов проходит сначала при отрицательной температуре, затем при повышенной температуре и обычно осуществляется неоднократно. Такая технология связана с большими затратами и не всегда обеспечивает требуемую точность показаний приборов.

Альтернативой традиционной технологии стабилизации, так называемой «тренировки» чувствительных элементов приборов давления может служить ультразвуковая технология.

Ультразвуковая технология, применяемая с различной целью при обработке конструкционных материалов, нашла свое отражение в исследованиях отечественных и зарубежных ученных Б.Н. Монахова, А. И. Маркова, О.В. Абрамова, В. Е. Накорякова, Б. Г. Новицкого, М. А. Маргулиса, Т. Мейсона, Л. Бергмана, В.Ф. Казанцева, Л. Д. Розенберга, Б.М. Бржозовского, Н.В. Бек-ренева, Белоцкого, В.Н. Винниченко, Е.А. Житникова, О.В Захарова, А.В. Королева, Ю.З. Лесюка, И.М. Муха, J. Kleiman, H. Gao, R. Dutta, R. Huizenga , M. Amirthalingam, M. Hermans , T. Buslaps and I. Richardson, B. Houston, D. Kumabe и других. В работах и исследованиях ученных глубоко изучен процесс воздействия ультразвука на жидкие и кристаллизирующиеся металлы, возможность применения ультразвука в процессах обработки металлов давлением, особенности влияния виброударных ультразвуковых колебаний на процессы свободной и закрытой осадки, плющения и ковки металлов и сплавов, ультразвуковая виброударная очистка и расклинивание деталей, механизм жидкофазной ультразвуковой обработки, ультразвуковое диспергирование и гидроабразивная обработка, применение ультразвука при получении

металлов и полупроводников повышенной частоты.

- 8 -

На основе анализа перечисленных методов, способов и технологических процессов очевидным достоинством ультразвуковой обработки является: исключительная широта диапазона технологического применения ультразвука - от размерной обработки твердых материалов до неразъемного соединения (сварки, пайки, и т.д.) деталей или интенсификации химико - технологических и электрохимических процессов, сравнительная несложность эксплуатации промышленных установок, возможность автоматизации и механизации.

В работах М.Г.Бабенко, С.В. Слесарева, выполненных под руководством проф. А.В. Королева, показана высокая эффективность технологии ультразвуковой релаксации остаточных напряжений в деталях типа колец подшипников. Согласно результатам экспериментальных исследований, представленных в этих работах, при использовании ультразвукового метода релаксации происходит существенное сокращение затрат времени и энергии при более стабильных результатах по геометрическим параметрам изделий в сравнении с термическими методами. Однако остается открытым вопрос о возможности эффективного применения ультразвуковой обработки для стабилизации накопленной деформации в деталях типа круглых пластин, применяемых в качестве упругих чувствительных элементах в датчиках давления.

Поэтому тема диссертации, направленная на исследование механизма и разработку технологии стабилизации накопленной деформации круглых пластин, применяемых в датчиках давления, на основе применения ультразвуковой энергии, является актуальной.

Целью работы является повышение производительности процесса стабилизации деформации упругих элементов типа круглых пластин, применяемых в датчиках давления, способом ультразвукового механического воздействия.

Цель и задачи исследования:

1. Научно обосновать эффективность технологии ультразвуковой стабилизации круглых пластин взамен существующей технологии термомеханиче-

- 9 -

ской стабилизации, обеспечивающую стабильность работы датчиков давления.

2. Создать математическую модель определения величины накопленной деформации, отражающую существующий способ «тренировки» круглых пластин под действием ее циклического нагружения внешним давлением.

3. Теоретически обосновать способ ультразвуковой обработки круглых пластин, обеспечивающий уменьшение накопленной деформации и резкое повышение производительности обработки.

4. Провести экспериментальные исследования технологических возможностей метода ультразвуковой стабилизации накопленной деформации круглых пластин, подтвердить адекватность математической модели.

5. Разработать практические рекомендации по использованию результатов исследований и технико-экономическое обоснование технологии ультразвуковой стабилизации накопленной деформации круглых пластин, применяемых в датчиках давления

Объектом исследования является упругий чувствительный элемент типа круглой пластины - малогабаритная гофрированная мембрана (круглая пластина) изготавливаемая ООО ЭПО «Сигнал».

Предметом исследования диссертации является моделирование влияния технологических факторов на стабилизацию накопленной деформации круглой пластины при ультразвуковой обработке и построение на основе моделирования эффективной ресурсосберегающей технологии.

Методы и средства исследований. Теоретические исследования процесса стабилизации накопленной деформации круглых пластин основываются на методах технологии машиностроения, расчетно-аналитических методах материаловедения и сопротивлении материалов, на математическом моделировании режимов ультразвуковой обработки, теории полного факторного планирования эксперимента. Экспериментальные исследования базировались на применении ультразвукового генератора «МЭФ 15». Разработка математической модели проводилась в среде МаШСАО У15. Эмпирические данные

- 10 -

обрабатывались в программе Microsoft Excel с использованием методов математической статистики. В качестве измерительных средств использовалась высокоточная аттестованная измерительная техника ООО ЭПО «Сигнал» и СГТУ имени Гагарина Ю.А.

Научная новизна работы:

1. Исследован механизм изменения размерной точности круглых пластин, возникающих из-за асимметрии эпюр накопленной деформации относительно главных осей поперечных и продольных сечений пластин, происходящих в процессе их тренировки и эксплуатации под действием циклических нагружений.

2. Предложена математическая модель процесса ультразвуковой стабилизации, отражающая влияние основных технологических факторов, что позволило научно обосновать технологию ультразвуковой стабилизации накопленной деформации круглых пластин, применяемых в датчиках давления.

3. Установлена и формализована экспериментальная зависимость основных показателей процесса ультразвуковой стабилизации накопленной деформации круглых пластин от основных технологических факторов: внешней нагрузки, времени обработки и амплитуды колебаний, подтвердившая адекватность математической модели.

4. Разработано методическое обеспечение для определения рациональных условий ультразвуковой стабилизации круглых пластин, предложены рациональные условия ее осуществления.

Практическая ценность и реализация работы:

- разработана технология ультразвуковой стабилизации накопленной деформации круглых пластин, позволяющая повысить стабильность измерения приборов давления и многократно снизить потребное время тренировки приборов и связанные с этим затраты.

- создана экспериментальная конструкция ультразвуковой установки на базе генератора «МЭФ 15», с целью стабилизации накопленной деформации

круглых пластин, путем воздействия на ее поверхность ультразвуковыми колебаниями.

- предложены рациональные условия осуществления ультразвуковой стабилизации накопленной деформации в круглых пластинах.

Оценка эффективности технологии стабилизации деформации упругих чувствительных элементов типа круглых пластин основанной на способе ультразвукового механического воздействия осуществлялось в ООО ЭПО «Сигнал».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на Региональной научно-практической конференции с международным участием «Молодые ученые - науке и производству», Энгельс, 2013;

- на Всероссийской заочной научно-технической конференции «Проблемы исследования систем и средств автомобильного транспорта», Тула, 2015;

- на V Международной научно-практической конференции «Техника и технологии: пути инновационного развития», Курск, 2015.

- на II Международной научно-практической конференции «Наука, технологии и инновации в современном мире», Уфа, 2015.

- на ежегодных научно-технических конференциях молодых ученых СГТУ имени Гагарина Ю.А. (2011-2015 г.г.);

- на заседаниях кафедры «Технология машиностроения» СГТУ имени Гагарина Ю.А.

- на заседаниях совета «Института электронной техники и машиностроения» СГТУ имени Гагарина Ю.А. (2013-2015 г.г.).

Публикации. Всего автор имеет 17 публикаций. По результатам исследований опубликовано 9 работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 2 работы входящих в международную реферативную базу данных и систему цитирования Scopus, Web of Science.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Механизм изменения размерной точности круглых пластин, возникающих из-за асимметрии эпюр накопленной деформации относительно главных осей поперечных и продольных сечений пластин, происходящих в процессе их эксплуатации под действием циклических нагружений.

2. Математическая модель процесса ультразвуковой стабилизации, отражающая влияние основных технологических факторов, позволяющая научно обосновать технологию ультразвуковой стабилизации накопленной деформации круглых пластин, применяемых в приборах давления.

3. Регрессионная зависимость основных показателей процесса ультразвуковой стабилизации накопленной деформации в круглых пластинах от основных технологических факторов: внешней нагрузки, времени обработки и амплитуды колебаний ультразвукового инструмента. Полученные зависимости позволяют контролировать процесс ультразвуковой стабилизации и формировать рациональные режимы обработки.

4. Методическое обеспечение для определения рациональных условий ультразвуковой стабилизации.

5. Технология ультразвуковой стабилизации накопленной деформации круглых пластин, позволяющая многократно снизить потребное время тренировки приборов и связанные с этим затраты.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка использованной литературы из 137 наименований, 3 приложений, 147 страницы машинописного текста.

Автор считает своим долгом выразить особую благодарность научному руководителю - доктору технических наук, заслуженному деятелю науки РФ, лауреату премии Президента РФ, профессору Королеву А.В.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России -Задание № 9.896.2014/К на выполнение НИР в рамках проектной части государственного задания в сфере научной деятельности.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАСТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ СТАБИЛИЗАЦИИ НАПРЯЖЕНИЙ В ИЗДЕЛИЯХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА.

1.1 Причины возникновений внутренних напряжений в процессе изготовления изделий машиностроительного производства.

Остаточными напряжениями называют напряжения, существующие в деталях при отсутствии внешних воздействий (силовых и температурных). Как правило, остаточные напряжения самоуравновешиваются внутри твердого тела. Обычно эти напряжения остаются в деталях после процесса их изготовления.

Остаточные напряжения условно разделяют на макронапряжения и микронапряжения. Их принципиальное отличие состоит в скорости изменения напряжений по пространственной координате. Если в пределах размера зерна материала напряжения изменяются не существенно, то их можно отнести к числу макронапряжений. Для таких напряжений вполне допустимо представление об изотропном материале. Обычные напряжения от внешних нагрузок относятся к макронапряжениям [42].

Макронапряжения претерпевают резкие изменения в пределах зерна (кристаллического агрегата). Они связаны с анизотропией кристаллов, ориентацией кристаллографических плоскостей, наличием различных фаз и т. д.

При оценке влияния остаточных напряжений на прочность и деформации деталей учитывается действие макроскопических напряжений. Влияние макронапряжений не исследовано, так как неизвестен нормальный уровень этих напряжений и его изменение в связи с технологическими факторами; само распределение микронапряжений подчиняется статистическим закономерностям.

Образование остаточных напряжений при различных технологических процессах происходит различным образом. В основе их возникновения обычно лежат необратимые объемные изменения в материале.

Возникновение остаточных напряжений в процессе предварительной пластической деформации является одним из наиболее широко распространенных процессов. Как правило, данная деформация возникает при охлаждении или нагревании тела.

Образование остаточных напряжений после нагрева и охлаждения возникает в случае неравномерного распределения температуры по сечению детали. Величина и характер температурных напряжений зависят от скорости нагрева и охлаждения, от размеров и формы детали, от коэффициентов теплопроводности и теплопередачи. Большое значение имеет скорость охлаждения и температура, с которой начинается охлаждение [42].

С повышением температуры, от которой производилось охлаждение, максимальные напряжения увеличиваются. Особенно резкое увеличение напряжений происходит при ^ > 500° С.

Наибольшие напряжения получаются при максимальной скорости охлаждения в воде (осевые напряжения до 600 МПа), а при охлаждении на воздухе напряжения не превышают 60 МПа.

Остаточные напряжения образуются в случае неравномерного нагрева по сечению детали. При быстром охлаждении детали наружные ее слои, охлаждающиеся быстрее, будут растянуты. Сердцевина под действием более холодных слоев будет сжата. Если в этот момент возникающие напряжения окажутся выше предела пропорциональности при данной температуре, то произойдет пластическая деформация. Возможен случай, когда температурные напряжения в наружных слоях превысят предел прочности металла и образуется трещина («горячая трещина»).

При дальнейшем охлаждении детали интенсивность охлаждения наружных слоев уменьшается, и разность температур между поверхностью и сердцевиной также уменьшается. В этот момент поверхность уже имеет темпера- 15 -

туру, практически равную температуре окружающей среды, и дальнейшая температурная деформация наружных слоев прекращается. Сердцевина, имеющая более высокую температуру, будет продолжать интенсивно охлаждаться, изменяя объем. Если наружные слои были пластически деформированы в первый период, то в некоторый момент второго периода, когда температура сердцевины еще достаточно высокая, наступает равновесие между наружными слоями и сердцевиной и напряжения в детали будут равны нулю. При дальнейшем охлаждении наружные слои будут деформироваться мало, а сердцевина будет стремиться существенно, сокращаться. Поэтому сердцевина будет сжимать наружные слои, которые, в свою очередь, будут растягивать сердцевину. В момент окончания процесса охлаждения величина напряжений может превысить предел упругости и произойдет повторная пластическая деформация, но уже обратного знака [62].

Образование остаточных напряжений после закалки обусловлено главным образом скоростью охлаждения. На образование остаточных напряжений влияет химический состав металла, условия закалки, начальная температура и скорость охлаждения, а также исходное состояние поверхностного слоя.

Существенное влияние на характер и величину суммарных напряжений оказывает время перемены знака тепловых напряжений по отношению ко времени появления структурных превращений. Если структурные превращения появились до перемены знака тепловых напряжений, то суммарные напряжения уменьшаются. Если структурные превращения произошли после перемены знака тепловых напряжений, то суммарные напряжения увеличиваются.

При поверхностной закалке характер эпюры остаточных напряжений зависит от режима нагрева, глубины закаленного слоя, условий охлаждения, химического состава и исходной структуры обрабатываемой стали [26].

Варьируя частоту тока и тепловой режим нагрева, можно получить разную глубину закаленного слоя и различный характер распределения остаточ-

- 16 -

ных напряжений по глубине изделия.

С увеличением количества углерода сжимающие остаточные напряжения в поверхностном слое уменьшаются из-за преобладающего действия структурного фактора. Возле поверхности в закаленном слое остаточные напряжения (осевые и тангенциальные) - сжимающие. Вблизи границы слоя напряжения резко уменьшаются и переходят в растягивающие, максимум которых располагается на некотором расстоянии от границы закаленного участка.

Основной причиной возникновения растягивающих остаточных напряжений вблизи твердого слоя являются объемные пластические деформации в процессе нагрева и охлаждения.

Остаточные напряжения возникают в результате неоднородной пластической деформации в различных технологических процессах (ковка, штамповка, прокатка). Пластическое формоизменение может производиться при нормальной и высокой температуре.

Величина остаточных напряжений, возникающих в результате обработки давлением при низкой температуре, зависит от степени обжатия и глубины деформации [29].

Растрескивание прокатанного металла, как с поверхности, так и в сердцевине происходит тогда, когда остаточные напряжения после прокатки с большими степенями обжатия превышают предел прочности материала.

Одной из главных причин появления остаточных напряжений при горячей обработке давлением является неравномерное охлаждение детали в процессе обработки. Кроме того, обрабатываемая деталь испытывает значительные силовые воздействия.

Распространенным способом преднамеренного создания благоприятного распределения остаточных напряжений является поверхностный наклеп.

При наклепе неравномерная по сечению пластическая деформация является причиной возникновения остаточных напряжений. Поверхностные пластически деформированные слои стремятся сохранить остаточное увеличе-

- 17 -

ние размеров, но этому препятствуют недеформированные внутренние слои. При этом наружные слои сжимаются, а внутренние слои растягиваются. Так как наружный сжатый слой обычно имеет малую толщину, напряжения сжатия в нем значительно превышают растягивающие напряжения во внутренних слоях.

Характер распределения остаточных напряжений по сечению различных поверхностно наклепанных деталей одинаков. В поверхностных слоях деталей цилиндрической формы возникают сжимающие осевые и окружные остаточные напряжения и обычно незначительные по величине радиальные растягивающие напряжения. Радиальные напряжения обычно в 4-10 раз меньше, чем осевые остаточные напряжения.

Характерными для эпюр остаточных напряжений после поверхностного наклепа являются высокие градиенты напряжений, что позволяет получать остаточные напряжения, в ряде случаев значительно превышающие предел текучести, определенный для данного материала при одноосном растяжении. Максимальные сжимающие напряжения при поверхностном наклепе колеблются в пределах от 500 до 1000 МПа в зависимости от материала и режима наклепа.

Механическая обработка (точение, фрезерование, шлифование и т.д.), как правило, вызывает появление в тонком (десятые доли миллиметра) поверхностном слое значительных остаточных напряжений.

Источником появления остаточных напряжений при механической обработке является одновременное действие следующих факторов:

а) Неравномерная пластическая деформация поверхностного слоя. В зоне перед инструментом материал сжимается передней поверхностью инструмента, а в другой зоне при трении задней поверхности инструмента об обработанную поверхностный слой растягивается. Границей раздела этих зон является режущая кромка инструмента.

б) Локализованный нагрев тонких поверхностных слоев вследствие работы деформации и трения приводит к большим температурным напряжени-

- 18 -

ям, превосходящим предел текучести материала. После остывания детали в поверхностном ее слое появляются значительные растягивающие остаточные напряжения.

в) Вторичные фазовые превращения в поверхностных слоях приводят к образованию вторичных структур с разными удельными объемами.

Влияние указанных факторов, действующих в противоположных направлениях, приводит к тому, что остаточные напряжения при механической обработке существенно зависят от технологических режимов (геометрия и состояние режущего инструмента, охлаждающая среда, вид и режим обработки). Кроме того, остаточные напряжения в этом случае зависят от материала изделия.

Величина остаточных напряжений при механической обработке резанием металлов средней прочности достигает 1000-1300 МПа при глубине распространения 50-200 мкм.

Так при точении поверхности заготовки детали возникают растягивающие или сжимающие напряжения [2, 9]. Глубина распространения их находится в пределах 50...200 мкм и зависит от условий формообразования поверхности.

При фрезеровании возникают как растягивающие, так и сжимающие напряжения, которые вызывают два основных фактора - пластическая деформация при силовом воздействии и нагревание поверхностных слоев. В поверхностном слое наблюдаются напряжения сжатия до 320 МПа, переходящие на глубине 30...50 мкм в растягивающие напряжения величиной 100 МПа.

При шлифовании решающее влияние на образование остаточных напряжений оказывает тепловой фактор.

Величина и знак остаточных напряжений при шлифовании зависят от скорости вращения круга и детали, скорости продольной подачи, глубины шлифования, а также материала детали, материала и зернистости круга и охлаждающей жидкости.

Величина остаточных напряжений после шлифования достигает 4001000 МПа и глубина их распространения 20-50 мкм.

При чистовом шлифовании в поверхностном слое формируются растягивающие напряжения, величина которых достигает 220 МПа на глубине 0,02 мкм.

При химической обработке в поверхностные слои металла внедряются те или иные вещества, изменяющие их свойства. Внедрение происходит за счет диффузии, которая легче всего происходит по границам зерен. Обычно при химической обработке создаются условия, при которых диффузия искусственно форсируется и может проходить через весь объем кристаллов. Внедрение в кристаллическую решетку чужеродных атомов изменяет объем структурных элементов и вызывает появление структурных остаточных напряжений в поверхностном слое и реактивных — в сердцевине. В большинстве случаев для ускорения процесса диффузии химическую обработку ведут при повышенных температурах. При этом в поверхностных слоях металла образуются остаточные напряжения сжатия [31].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Балтаев Тимур Асхатович, 2017 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Основная литература:

1. ANSYS, Inc. Products. http : //www.ansys.com/products/default.asp.

2. S. Anurag, Y.B. Guo, Z.Q. Liu/ A new FEM approach to predict residual stress profiles in hard turning without simulating CHIP formation. Transactions of NAMRI/SME. Volume 38, 2010. - P.33-40.

3. COMSOL : COMSOL - Multiphisics Modeling.

4. Consistent Software. http://www.consistent.ru/soft/.

5. SolidWorks: 3D CAD Design Engeniring Software Tools. http://www.solidworks.com/sw/3d-caddesignsoftware.htm.

6. Ham J., David Q. Payne. Surface hardening of high speed steel by carbide laser treatment / Proceeding of the International Conference on Production Engineering. Tokio, 1974, p. 13-19.

7. SolidWorks:: http://www.solidworks.com/sw/products/details.htm? productid=514.

8. Welcom to ANSYS, Inc. - Corporate Homepage. http:// www.ansys.com.

9. Zhang J. Residual stresses in welded moment frames and implications for structural performance / J. Zhang, P. Dong // J. Struct. Engrg. - 2000. - Vol. 126, Issue 3. - Р. 306-315

10. Абрамов О.В. / Ультразвуковая обработка материалов // Абрамов О.В. Машиностроение-1984

11. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий [Текст] / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский - М.: Наука, 1976. - 277 с.

12. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента [Текст] / Ю.П. Адлер - М.: Металлургия, 1969. - 162 с.

13. Бабенко М.Г. Совершенствование технологии обеспечения размерной точности прецизионных деталей типа колец подшипников на основе ультразвуковой стабилизации внутренних напряжений. Дисс. на соиск. уч. ст. кандидата техн. наук. - Саратов, 2002. 147с.

14. Балтаев Т.А. Моделирование процесса формообразования дорожки качения кольца шарикоподшипника на операции суперфиниширования развернутым бруском [Текст] / Т.А. Балтаев, Б.Н. Салимов // Вестник СГТУ. -2012. - № 68. - С. 130-133.

15. Балтаев Т.А. Ультразвуковая финишная обработка с эффектом нанесения твердой графитной смазки [Текст] / Т.А. Балтаев, А.С. Носков // Вестник СГТУ. - 2013. - № 4 (73). - С. 107-110.

16. Балтаев Т.А. Технология безабразивного ультразвукового суперфиниширования колец упорного подшипника [Текст] / Т.А. Балтаев, Б.Н. Салимов, А.В. Королев, А.А. Королев // Издательство «машиностроение», научно-технический и производственный журнал «трение и смазка в машинах и механизмах». №11. 2014 г. - с. 43- 47.

17. Балтаев Т.А. Эффективность ультразвукового безабразивного суперфиниширования колец упорных подшипников [Текст] ] / Т.А. Балтаев, Б.Н. Салимов, А.В. Королев, А.А. Королев // Издательство «машиностроение», «сборка в машиностроении, приборостроении ». №12. 2014 г. - с. 3- 6.

18. Балтаев Т.А. Релаксация остаточных напряжений и стабилизация геометрических параметров кольцевых деталей [Текст] / Т.А. Балтаев, А.В. Королев, А.А. Королев, А.Ф. Балаев, А.С. Яковишин, С.А. Савран, К.С. Ней-гебауэр // Известия ТулГУ. Технические науки. 2015. Вып. 6 . Ч. 1. - С. 214219.

19. Балтаев Т.А. Технология стабилизации остаточных напряжений в упругих чувствительных элементах приборов давления на основе применения ультразвуковой энергии [Текст] / Т.А. Балтаев, А.В. Королев, А.А. Королев, А.Ф. Балаев, С.А. Савран, // Издательство «Инновационное машино-

строение», «Сборка в машиностроении, приборостроении ». №12. 2015 г. - С. 39- 41.

20. Балтаев Т.А. Математическая модель ультразвукового поверхностного упрочнения [Текст] / Т.А. Балтаев, А. С. Носков, А.В. Королев // Научно - практический журнал западно - казахстанского аграрно - технического университета им. Жангир хана «наука и образование» №4(29) 2012г. ISSN 2305-9397.

21. Балтаев Т.А. Применение ультразвуковых колебаний для ускорения процессов в твердых средах. [Текст] / Т.А. Балтаев, А.В. Королев // Сборник научных трудов автоматизация и управления в машино- и прибро-строении. СГТУ им. Ю. А гагарина.,2013г. ISBN 978-5-7433-2625-9.

22. Балтаев Т.А. Исследование влияния процесса ультразвукового выглаживания на геометрические параметры дорожек качения упорных подшипников и момента сопротивления вращению [Текст] / Т.А. Балтаев, А.В. Королев // Сборник научных трудов автоматизация и управления в машино- и прибростроении. СГТУ им. Ю. А гагарина.,2013г. ISBN 978-5-7433-2625-9.

23. Балтаев Т.А. Исследование эффективности технологии вибромеханической релаксации остаточных напряжений [Текст] / Т.А. Балтаев, А.В. Королев, К.А. Нариков, А.В. Удовин // Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности и экономике. : сб. ст. XIII междунар. науч. конф.: в 2 т. / под ред. А.П. Кудинова. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. - Т. 2. - Ч. 1. - С. 205-208.

24. Балтаев Т.А. К вопросу влияния различных факторов на процесс комплектования шариковых подшипников напряжений [Текст] / Т.А. Балтаев, А.В. Королев, Е.В. Мухина, С.А. Савран, К.С. Нейгебауэр // 5-ая международная научно-практической конференция «Техника и технологии: Пути инновационного развития» Юго-западный государственный университет, г. Курск. - С. 100-104.

25. Балтаев Т.А. Сравнительный анализ ультразвукового и термического методов релаксации остаточных напряжений [Текст] / Т.А. Балтаев,

А.В. Королев, А.Ф. Бадаев, С.А. Савран, А.С. Яковишин // Наука, технологии в современном мире: материалы II Международной научно - практической конференции (Уфа, 30 - 31 июля 2015 г.) - Уфа: РИО ИЦИПТ, 2015 - С. 47 -50.

26. Балтаев Т.А. Современные тенденции в развитии оборудования и приборов для снятия и контроля остаточных напряжений. [Текст] / Т.А. Балтаев, А.В. Королев, А.А. Королев, А.Ф. Балаев, С.А. Савран, Е.В. Мухина, Б.Т. Шакешев, К.А. Нариков, Б.Н. Салимов // Машиностроение: сетевой электронный научный журнал. 2015 . - Т. 3. - №. 3. - С. 42-46.

27. Балтаев Т.А. О применимости энергии ультразвука в оптимизации технологических процессов релаксации остаточных напряжений [Текст] / Т.А. Балтаев, А.В. Королев, А.Ф. Балаев, Н.Т. Самигулаева // Научно - практический журнал западно - казахстанского аграрно - технического университета им. Жангир хана «наука и образование» №3(40) 2015г. ISSN 2305-9397.

28. Блантер М.Е. Теория термической обработки. - М.: Металлургия, 1984. - 327 С.

29. Белоцкий А.В. В.Н. Винниченко И.М. Муха ультразвуковое упрочнение металлов К.:Тэхника,1989.

30. Бобровский Ю.Л. / Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника: учеб. пособие для вузов // Ю.Л. Бобровский, С.А. Корнилов, И.А. Кратиров и др.; Под ред. Проф. Н.Д. Федорова. - М.: Радио и связь, 1998.

31. Бокштейн М. Ф. В кн. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений. М., Изд. АН СССР, 1956, С. 138-213.

32. Бернштейн М.Л. Структура и механические свойства металлов / М.Л. Бернштейн, В.А. Займовский. - М.: Металлургия, 1970. - 472 С.

33. Бржозовский Б.М. СГТУ Физические основы, технологические процессы и оборудование ультравуковой обработки материалов / Бржозовский Б.М. // Вестник Саратовского государственного университа Саратов 2006 №4 С.124-129.

34. Борисенко Г.В. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник [Текст] / Г.В. Борисенко, Л.А. Васильев, Л.Р. Ворошин и др.

- М.: Металлургия, 1981. 424 С. с ил.

35. Вологин М.Ф., В.В. Калашников Применение ультразвука и взрыва при обработке и сборке. Москва Машиностроение-2002.

36. Волосатов В.А. работа на ультразвуковых установках: 2-е изд. М.: Высш. Шк. 1984-192л.

37. Википедия - свободная энциклопедия [Офиц. сайт]. URL: https://ru.wikipedia.org/ (дата обращения 13.03.2015).

38. Гебель И.Д. Ультравуковое суперфиниширование абразивными и алмазными брусками\ И.Д. Гебель, А.А. Зыков. М.: Машиностроение, 1984.

39. Головин Г.Ф. Остаточные напряжения, прочность и деформации при поверхностной закалке токами высокой частоты [Текст] / Г.Ф. Головин. -Л.: Машиностроение, 1973. - 144 С. с ил.

40. Гуляев П.И. Металловедение [Текст] / П.И. Гуляев - М.: Металлургия, 1977. - 647 С. с ил.

41. Гуляев А.П. Металловедение [Текст] / А.П. Гуляев - М.: Металлургия, 1986. - 544 С.

42. Гуляев А.П. Металловедение [Текст] / А.П. Гуляев - М.: Металлургия, 1978. 640 С.

43. Горшков А.Г. Сопротивление материалов [Текст] / А.Г. Горшков, В.Н. Трошин, В.И. Шалашилин // Учеб. пос. 2-е изд., испр. - М.: ФИЗМАТ-ЛИТ, 2005. - 544 С.

44. ГОСТ 25.504-82. Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости [Текст]. - Введ. 1983-07-01.

- М.: Госстандарт СССР : Изд-во стандартов, 1982. - 132 С.

45. Гебель И.Д. Ультравуковое суперфиниширование абразивными и алмазными брусками\ И.Д. Гебель, А.А. Зыков. М.: Машиностроение, 1984.

46. Дальский А.М. / Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. // под ред. А.М. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К.Мещерякова, А.Г. Суслова. -5-е изд., перераб. и доп. - М. : Машиностроение-1, 2001. - Т. 2. - 912 С.

47. Дрыга А.И. Вибростабилизирующая обработка сварных и литых деталей в машиностроении: теория, исследования, технология /А. И. Дрыга. -2-е изд. с изм. - Краматорск. - 2008. - 159 С.

48. Дулин В.Н. / Электронные приборы. Учебник для вузов // В.Н. Дулин, Н.А. Аваев, В.П. Демин и др.; под ред. Г.Г. Шишкина. - 4-е издание, перераб. и доп.-М.: Энергоатомиздат, 1989.

49. Дыбленко В.П. Ru2144440С1 В06В1/20 возбуждение потока жидкости.

50. Дитер Г.Е. Эффект упрочнения, вызванный ударными волнами [Текст] / Г.Е. Дитер // Механизмы упрочнения твердых тел. - М., 1965, - С. 245-303.

51. Егоров А. А. / Плазменная поверхностная закалка в машиностроении // Егоров А.А., Коровин А. И. - Москва, 1961. С.107.

52. Ермольчева Н.В., Королев А.В., Орлов Б.С. Устройство для дискретного вибрационного резания с созданием регулярного микрорельефа с требуемыми параметрами // Вестник СГТУ, № 2(56), 2011. С. 52-56.

53. Житников Ю.З. Величина наклепа при ультразвуковом деформационном упрочнении // Автоматизация и современные технологии 2001 № 6

54. Житников Ю.З. / Прогрессивные технологии в машиностроении [Текст] : сб. науч. трудов, посвящ. 40-летию каф. технологии машиностроения / редкол.: Ю. З. Житников (пред.) и др. ; Ковров. гос. технол. акад. им. В. А. Дегтярева. - Ковров : КГТА им. В. А. Дегтярева, ^N978-5-86151-452-1., 2013. - 143 с.

55. Займан Дж. Принципы теории твердого тела / Пер. с . англ.: под ред. В. Л. Бонч - Бруевича. - М.: Мир, 1974.

56. Завестовская И. Н. Теоретическое моделирование процессов поверхностной обработки материалов импульсами лазерного излучения : дис. д.ф-м.н. : 01.04.21 - Москва, 2012. - 221 а

57. Захаров О.В. Ультразвуковая обработка не жестко закрепленными инструментами. Уч. Пособие «Процессы формообразования и инструменты» Саратовский государственный технический университет. Саратов 2002.

58. Компания КАДФЕМ. http://www.cae-services.m/mdex.php?optюn

59. Королев А.А. Конструкция экспериментальной устаонвки ультразвукового алмазного выглаживания // А.А. Королев Прогрессивные направления развития технологии машиностроения СГТУ 2007- С. 107-109.

60. Королев А. В. Выбор оптимальной формы контактирующих поверхностей деталей машин и приборов // А.В. Королев-Саратов: издательство Саратовского университета 1972г.

61. Костецкий Б.И. Поверхностная прочность материалов при трении [Текст] / Б.И. Костецкий, Н.Г. Носовский, А.К. Караулов и др. - М.: Техника, 1976, 296 С. с ил.

62. Коваленко В.С. Лазерное легирование конструкционных материалов [Текст] / В.С. Коваленко // Технология и организация производства, научно техн. сборник, 1976. №7.

63. Круцило В.Г. исследование влияния остаточных напряжений и деформационного упрочнения в поверхностном слое детали на усталостную прочность // Весник Самарского государственного технического университета. 2006 №41. С.218-221.

64. Колбасников Н.Г. Теория обработки металлов давлением. Сопротивление деформации и пластичность. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000, 314 С.

65. Курс физики: учебник для вузов: В 2 т. Т.2. 2-е изд., Под ред.

В.Н.

66. Клепиков Н.П., Соколов С.Н. Анализ и планирование экспериментов методом максимума подобия. М.: Наука, 1964.

67. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1969. - 359 С.

68. Лесюк Е.А. / Влияние режима ультразвуковой упрочняющей обработки на качество обрабатываемой поверхности. // Е.А. Лесюк, канд.техн наук, В.П. Алехин, Ким Чанг Сик. Вестник машиностроения 2008 № 9. С. 5255

69. Лесюк Е.А. /Влияние режима ультразвуковой упрочняющей обработки на качество обрабатываемой поверхности // Е.А. Лесюк, канд.техн наук, В.П. Алехин, Ким Чанг Сик. Весник машиностроения 2008 № 9 С.273-278.

70. Лобачев А.В. / Физические основы электроники // А.В. Лобачев В.П. Петрович. Томск 2009. 128 С.

71. Лясников В.Н. Материаловедение в приборостроении. Справочник инженера технолога [Текст] / В.Н. Лясников, В.В. Перинский, С.К. Сперанский, М.В. Перинская - Саратов: МЦ и Наука, 2014. - Т.2. - 418 С.

72. Марков А.И. ультразвуковая обработка материалов.-М.: Машиностроение, 1980.-237.

73. Нерубай М. С. Ультразвуковая механическая обработка и сборка /М. С. Нерубай Б. Л. Штриков, В. В. Калашников. - Самара: Самарское кн.изд-во, 1995. - 191 С.

74. Нерубай М.С. / Физико-механические методы обработки // М.С. Нерубай Куйбышев: КуАИ, 1979.-92 С.

75. Николаев И.И. Ru216275^2 В06В1/18 Вибровозбудитель

76. Носенко В. А. Физико-механические основы обрабатываемости шлифованием d-переходных металлов: Дис. ... докт. техн. наук: 05.03.01 /Волж. инж.-строит. ин-т. - Волжский, 2000. - 399 С.

77. Носков, А.С. ультразвуковая финишная обработка с эффектом нанесения твердой графитовой смазки [Текст] / А.С. Носков, Т.А. Балтаев // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - № 2 (45). - Вып. 3. - С. 109-113. ISSN 1999-8341

78. Патент №2133282, Российская Федерация, МПК С2Ю1/30, C21D1/04. Методы стабилизации остаточных напряжений в поверхностном слое детали [Текст] / В.Г. Кочерэхенко, Б.Н. Степанов, С.П. Косырев, В.В. Петухов, Д.В. Аникин; заявитель Открытое акционерное общество "Волгоди-зельмаш" - 98119653/02;заявл.:26.10.1998; патентообладатель Открытое акционерное общество "Волгодизельмаш"; опубл.:20.07.1999,Бюл. № 20.

79. Патент №2140842, Российская Федерация,МПК B24B39/04, В23Р6/00. Способ вибростарения деталей, включающий закрепление детали на опоре и установку источника ультразвуковых колебаний[Текст] / Королев А.В.; Чистяков А.М.; Кривега В.А.; Моисеев В.Г. Заявитель Королев Альберт Викторович; Чистяков Анатолий Михайлович; Кривега Владимир Андреевич; Моисеев Василий Герасимович - 97100284/02; заявл.: 10.01.1997; патентообладатель Королев Альберт Викторович; Чистяков Анатолий Михайлович; Кривега Владимир Андреевич; Моисеев Василий Герасимович, опубл.: 10.11.1999, Бюл. №8

80. Патент №2375464, Российская Федерация,МПК С2Ш 1/04 ,МПК C21D 1/30. Способ стабилизации остаточных напряжений в поверхностном слое прецизионных деталей [Текст] / Кудашева Ирина Олеговна; заявитель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский Государственный технический университет-2008141935/02; заявл.: 22.10.2008; патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский Государственный технический университет, опубл.: 10.12.2009, Бюл. № 34.

81. Патент №2424101, Российская Федерация, МПК В23Р 25/00, С2Ш 10/00, В23Р 9/00, G01H 17/00. Способ виброобработки маложестких деталей для снижения в них остаточных напряжений [Текст] / Бойченко Олег Валентинович,Драчев Олег Иванович,Гранченко Дмитрий Викторович; заявитель Тольяттинский государственный университет; заявл.: 01.10.2008; па-

тентообладатель Тольяттинский государственный университет, опубл.: 20.07.2011, Бюл. № 20.

82. Патент Ш 7703325 В2, Российская Федерация, МПК В23Р 25/00, С2Ю 10/00, В23Р 9/00, 001И 17/00. Способ для снятия остаточных напряжений в объекте [Текст] / WeiteWu; заявитель WeiteWu- Ш 11/844,800; заявл.: 24.08.2007; патентообладатель WeiteWu, опубл.: 27.04.2010, Бюл. № 20.

83. Патент №2355546, Российская Федерация, МПК В23Р 25/00,В2Ш3/00. Вспомогательная обработка заготовок до станочных операций или в процессе их выполнения, облегчающая работу инструмента или достижение желаемого состояния обрабатываемого изделия [Текст] / Расторгуев Дмитрий Александрович, Драчев Олег Иванович; заявитель Тольяттинский государственный университет - 2007120373/02; заявл.: 31.05.2007; патентообладатель Тольяттинский государственный университет, опубл.: 20.05.2009, Бюл. № 14.

84. Патент №2434729, Российская Федерация, МПК В23Р25/00. Устройство для вибрационной обработки металлических изделий [Текст] / Лбов Андрей Александрович; заявитель Закрытое акционерное общество "Ультразвуковая техника-ИНЛАБ"- 2010125596/02; заявл.: 22.06.2010; патентообладатель Закрытое акционерное общество "Ультразвуковая техника-ИНЛАБ", опубл.: 27.11.2011, Бюл. № 34.

85. Патент №99114084, Российская Федерация, МПК В23Р25/00. Устройство для вибрационной обработки металлических изделий [Текст] / Лбов Андрей Александрович; заявитель Закрытое акционерное общество "Ультразвуковая техника-ИНЛАБ"- 2010125596/02; заявл.: 22.06.2010; патентообладатель Закрытое акционерное общество "Ультразвуковая техника-ИНЛАБ", опубл.: 27.11.2011, Бюл. № 34.

86. Патент №2244755, Российская Федерация, МПК С 21 В 1/04, В 23 Р 25/00. Устройство для вибростабилизации[Текст] /Глайзер А.И., Драчев О.И., Корнеев Н.В.; заявитель Тольяттинский государственный университет -

2002135657/02; заявл.: 26.12.2002; патентообладатель Тольяттинский государственный университет, опубл.: 20.01.2005, Бюл. № 2.

87. Романов В.А. магнитострикционные установки Ru2116144С1 В06В1/08//00Ш3/00

88. Разиков М.И. Справочник мастера наплавочного участка [Текст] / М.И. Разиков, И.А. Толстов, 1966.

89. Рахштадт А.Г. Справочник металлиста [Текст] / А.Д. Рахштадт, В.А. Брострем // В 5-т. Т.2. Под ред. А.Г. Рахштадта - М.: Машиностроение, 1976. 720 С. с ил.

90. Ренне И.П., Иванова Э.А. и др. Неравномерность деформации при плоском пластическом течении / И.П. Ренне, Э.А. Иванова. Тула: ТПИ, 1971. 157 с

91. Сервер поддержки программы ELCUT. http://www.tor.ru/elcut.

92. Слесарев С.В. Совершенствование технологии стабилизации остаточных напряжений в прецизионных деталях типа колец подшипников на основе применения ультразвуковой энергии. Дисс. на соиск. уч. ст. кандидата техн. наук. - Саратов, 2006. 174 С.

93. Справочник инженера-технолога в машиностроении/ А.П. Бабичев и др.- Ростов н/Д: Феникс, 2008.-541 С.

94. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. - М.: Сов.Радио, 1980.

95. Спиридонов А.А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов [Текст] / А.А. Спиридонов - М.: Машиностроение, 1981. 184 С.

96. Справочник технолога-машиностроителя [Текст]. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А.Г. Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 496 С., ил.

97. Справочник технолога-машиностроителя [Текст]. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. А.М. Дальского, А.Г. Суслова, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова. -5-е изд., исправл. - М.: Машиностроение, 2003 г. - 944 С., ил.

98. Технологические остаточные напряжения / А. В. Подзей, А. И. Сулима, Г. 3. Серебренников. М.: Машиностроение, 1973. 216 С.

99. Торбило В.М. Методы обработки поверхностным пластическим деформированием / В.М. Торбило // Алмазная выглаживание: учеб. пос. Пермь: Перм. политехн. ин-т, 1975. 64 С.

100. Терентьев В.Ф. Циклическая прочность металлических материалов [Текст] / В.Ф. Терентьев, А.А. Оксогоев // Учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. - 61 С.

101. Ультразвук. Маленькая энциклопедия / под ред. И.П. Голяминой. М.: Советская энциклопедия, 1979. 400 С.

102. Филяев А.Т. Исследование износостойкости сталей, упрочненных наклепом [Текст] / А.Т. Филяев. - Минск: Наука и техника, 1974. - 168 С.

103. Хамханов К.М. Основы планирования эксперимента [Текст] / К.М. Хамханов, Ю.Ж. Дондоков // Методическое пособие. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2001. - 94 С.

104. Хрущов М.М. Износостойкость и структура твердых наплавок [Текст] / М.М. Хрущов М.М. и др. - М., «Машиностроение», 1971.

105. Чакак, А.А. Физика. Выпуск 3. Работа. Мощность. Энергия. Законы сохранения механической энергии и импульса: учебное пособие для учащихся Университетской физической школы, занимающихся по дистанционной форме обучения / А.А. Чакак; Оренбургский государственный университет - Оренбург: ОГУ, 2012. - 120 С.

106. Штриков Б.Л. Физико-технологические особенности процесса ультразвукового упрочнения деталей несвязанным инструментом // Весник Самарского Весник Самарского государственного технического университета 2001 №11 С.186-190.

107. Эпштейн Г.Н., Кайбышев О.А. Высокоскоростная деформация и структура металлов [Текст] / Г.Н. Эпштейн, О.А. Кайбышев - М.: Металлургия. - 1971, - С. 6.

Дополнительная литература:

108. A.V. Korolev., A.A. Korolev, V.V. Bolkunov, A.N. Vasin. Ultrasonic cleaning of bearing components / A.V. Korolev., A.A. Korolev, V.V. Bolkunov, A.N. Vasin.// Russian Engineering Research.-2011-Vol.31. № 1-P 85-87.

109. A.V. Korolev., A.A. Korolev, V.V. Bolkunov, A.N. Vasin. Waste-free ultrasonic bearing assembly. / A.V. Korolev., A.A. Korolev, V.V. Bolkunov, A.N. Vasin.// Russian Engineering Research. -2011 -Vol.31. № 4-P 515-51.

110. Bazant Z. P. Stabiliti of structures: elastic, inelastic, fracture and damage theories / Z. P. Bazant, L. Sedolin. - Mineola : Dover Publication, 2003. -1034 p.

111. Cadic A. A Gauge theory of dislocations and disclinations /A. Cadic, D. Edelen. - Berlyn: Springer-Verlag, 1983. - 174 p.

112. Halid Can Yildirim and Gary B. Marquis. Fatigue strength improvement factors for high strength steel welded joints treated by high frequency mechanical impact. International Journal of Fatigue, Volume 44, pages 168-176, 2012.

113. Venkataraman G. Fluctuations and mechanical relaxation / Venkata-raman G. // Proc. Intern School Phis. «Enrico Fermi» course LXXXII. - Amsterdam, N. Y., Oxford, North- Holland. - 1982. - P. 278-414.

114. Yoshioka S. Serrated flow in Al-Zr alloy / S. Yoshioka, Y. Nakaya-ma, N. Hosokawa // Journal Japan institute metals. - 1970. - Vol. 20, № 10. - P. 509-519.

115. Y.Kudryavtsev and J. Kleiman. Increasing Fatigue Strength of Welded Joints by Ultrasonic Impact Treatment. International Institute of Welding. IIW Document XIII-2338-10. 2010.

116. Y. Kudryavtsev, J. Kleiman and Y. Iwamura. Fatigue Improvement of HSS Welded Elements by Ultrasonic Peening. Proceedings of the International Conference on High Strength Steels for Hydropower Plants, July 20-22, 2009, Ta-kasaki, Japan.

117. Kudryavtsev Y. Ultrasonic measurement of residual stresses in welded Specimens and structures. Proceedings of the ASME 2013 Pressure Vessels and Piping Conference PVP2013-97184, July 14 - 18, 2013, Paris, France.

118. Бабенко, М. Г. Измерение остаточных напряжений в материале технических объектов методом зондирующего отверстия / М. Г. Бабенко, С. В. Слесарев, А. И. Бабенко // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - N 56. - С. 21-23: ил. - Библиогр.: с. 23 (6 назв.) . - ISSN 1999-8341.

119. Бабенко М. Г. Обеспечение стабильности геометрической формы нежестких деталей технологическими методами / М. Г. Бабенко, С. В. Слеса-рев // Современные технологии в машиностроении : сб. ст. XIV междунар. науч. -практ. конф., дек. 2010 г. - Пенза, 2010. - С. 144-147.

120. Бабенко М.Г., Слесарев С.В. Энергия деформации заготовок. Современные технологии в машиностроении: сб.ст. XV междунар.науч. -практ. конф.-Пенза, С.67-69, 2011.

121. Бабенко М.Г., Слесарев С.В., Мелентьев В.А. Современные технологии изготовления кольцевых деталей. Прогрессивные технологии в современном машиностроении : сб. ст. VII междунар. науч.-техн. конф. Пенза, С 36-38, 2011.

122. Данилов В. И. Волновые эффекты при пластическом течении поликристаллического алюминия / В. И. Данилов // Физика металлов и металловедение. - 1991. - № 3. - С. 188-194.

123. Ермольчева Н.В., Королев А.В., Орлов Б.С. Устройство для дискретного вибрационного резания с созданием регулярного микрорельефа с требуемыми параметрами // Вестник СГТУ, № 2(56), 2011. С. 52-56.

124. Киселев Е.С. К вопросу об ультразвуковой релаксации технологических остаточных напряжений, возникающих при лезвийной обработке маложестких деталей / Е.С. Киселев, Е.Н. Лексин // Третья Всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроение России 2010». - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2010. - С.23-25.

125. Королев А.В., Чистяков A.M.. Кривего В.А., Моисеев В.Г. Технология виброобработки деталей подшипников // Прогрессивные направления развития технологии машиностроения: Межвуз. науч. сб. - Саратов. 1997. - С. 4-11.

126. Королев, А. В., Бабенко М.Г., Слесарев С.В. Ультразвуковое снятие остаточных напряжений с использованием эффекта кавитации // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2009. - N 42. -С. 52-56.

127. Королев А.В., Аничкин А.Н. Остаточные напряжения в многослойных кольцевых деталях // Вестник Саратовского государственного технического университета. №1 (44) 2010. С.53-59.

128. Королев А.В., Королев А.А., Болкунов В.В., Васин А.Н. Ультразвуковая очистка деталей подшипников // СТИН №10, 2010. С. 31-34.

129. Королев А.В., Аничкин А.Н. Моделирование процесса нагрузок в кольцевых деталях // Вестник СГТУ, № 2(56), 2011. С. 92-95.

130. Королев А.В., Ивлюшина И.М., Комиссаров А.И. Механизм разрушения деталей типа колец // Вестник СГТУ, № 2(56), 2011. С. 96-99.

131. Лившиц Б. Г. Металлография / Б. Г. Лившиц. - М. : Металлургия, 1971. - 404 с.

132. Панин В. Е. Деформация и разрушение поликристаллов при знакопеременном нагружении как диссипативный процесс / В. Е. Панин, Т. Ф. Елсукова // Синергетика и усталостное разрушение металлов: сборник научных трудов. - М. : Наука, 1989. - С. 113-137.

133. Панин В. Е. Структурные уровни деформации твердых тел / В. Е. Панин, В. А. Лихачев, Ю. В. Гриняев. - Новосибирск, 1985. - 226 с.

134. Пат. RU № 2140842 Способ вибростарения деталей/ Королев А.В., Чистяков А.М., Кривега В.А., Моисеев В.Г., 1999.

135. Пат. RU №2457100 Российская Федерация, МПК B24B39/04. Способ релаксации остаточных напряжений / Королев А.В., Королев А.А., Королев А.А. , 2012.

136. Пат. RU №2478031 Российская Федерация, МПК B24B39/04, B23P25/00. Способ релаксации остаточных напряжений / Королев А.В., Королев А.А., Королев А.А., 2013.

137. Йоффе А. Й. Избранные труды. В 2 т. Т. 1: Механические и электрические свойства кристаллов / А. Й. Йоффе. - Л. : Наука, 1974.- 326 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ I: ЖУРНАЛ ПЛАНИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

№ опыта Матрица планирования Результаты повторных опытов, А0^ ае к н

Хо Х1 Х2 Хз 2 Х 1 (Г) Х 1 (Г) Х гм (Г) X 2 X Накопленная остаточная деформация круглой пластины мм. 1 со ¡^ е е М

X X X Х1 1 2 3 « е СР и

1. + + + + + + + + 0,0041 0,0049 0,0051 0.0047

2. + + + + + + + + 0,0054 0,0052 0,005 0.0052

3. + + + - + - - - 0,0058 0,0059 0,0054 0.0057

4. + + + - + - - - 0,0069 0,0058 0,0071 0.0066

5. + + - + - + - - 0,0037 0,0032 0,0033 0.0034

6. + + - + - + - - 0,0041 0,0043 0,0048 0.0044

7. + + - - - - + + 0,0041 0,0046 0,0039 0.0042

8. + + - - - - + + 0,0053 0,0058 0,0051 0.0054

Приложение II

СОГЛАСОВАНО Директор^ЩЩММ СГТУ имени

.А.

<*А<5'А» С&Ш; 2015 г.

УТВЕРЖДАЮ инженер

Сигнал» А.В. Аникин 2015 г.

Отчёт

по разработке и исследованию технологии ультразвуковой стабилизации приемных узлов и мембран датчиков давления 2МД-ТП

Саратов 2015

1. Цель исследования

Определить эффективность ультразвуковой стабилизации на трёх этапах изготовления датчиков 2МД-Т (рис. 1). Отработать режимы стабилизации для мембран (различных диапазонов давлений), приемных узлов, собранных датчиков.

Рис. 1 - Датчик давления 2МД - ТП

2. Объект исследования

Мембраны: МД-33-89 номиналом 15 кгс/см2 — 10 шт. (Рис. 2).

Рис. 2 - Мембрана МД-33-89. МД-33-62А номиналом 300 кгс/см2 — 10 шт. (Рис. 3).

Рис. 3 - Мембрана МД-33-62А. Приемные узлы: П005-сб2-46А номиналом 25 кгс/см2 — 3 шт. (Рис. 4).

Рис. 4 - Приемный узел П005-сб2-46А

3. План-график проведения опытно-конструкторских работ по разработке и испытанию установки для ультразвуковой стабилизации.

3.1 Предприятием-заказчиком предоставить материал для исследования указанный в п.2.

(Ответственный: ООО «ЭПО Сигнал»)

3.2 Произвести опытные работы по отработке методики ультразвуковой

стабилизации изделий на опытной партии. (Ответственный: НПП НИМ СГТУ имени Гагарина Ю.А.)

3.3 Провести испытания опытной и контрольной партии изделий в соответствии с действующей документацией завода изготовителя. (Ответственный: ООО «ЭПО Сигнал»)

3.4 Произвести замер характеристик приемных узлов в соответствии с

3

действующей документацией завода изготовителя. (Ответственный: ООО «ЭПО Сигнал»)

3.4 Оформить технический отчет, дать оценку эффективности данного метода на примере производства и возможности его дальнейшего применения.

(Ответственный: ООО «ЭПО Сигнал»)

4. Результаты исследования

4.1 Проведение стабилизации мембран.

Детали «Мембрана» номиналами 15 кгс/см2 — 10 шт., номиналом 300 кгс/см2 — 10 шт. были изготовлены на предприятии в соответствии с существующим технологическим процессом и были признаны годными для использования по назначению.

Данные детали были подвергнуты ультразвуковой обработке и возвращены на предприятие-изготовитель с маркировкой соответствующей различным режимам стабилизации. После чего был проведен внешний осмотр, а так же с использованием микроскопа на наличие внешних дефектов: замечаний нет. На оборудовании предприятия-изготовителя была измерена твердость материала мембран МД-33-62А номиналом 300 кгс/см2 — 10 шт. Твердость по Роквеллу для всех образцов 48..50 единиц ( закл. ЦЗЛ №863 от 27.07.15 г.), что соответствует требованиям конструкторской

документации.

4.2 Проведение стабилизации приемных узлов.

Аналогично были изготовлены приемные узлы П005-сб2-46А номиналом 25 кгс/см2 — 3 шт., которые были подвергнуты воздействию ультразвука (№ 6-98 - 1 режим, № 6-102 - 2 режим, № 6-100 — 3 режим). После чего был произведен замер характеристик. В результате измерений замечено незначительное изменение параметров в рамках допуска по конструкторской документации.

Данные узлы были подвергнуты одному циклу термомеханической

4

стабилизации на оборудовании предприятия-изготовителя, после чего также были оценены их параметры. Отмечено незначительное изменение параметров в пределах допуска по конструкторской документации.

Все изделия П005-сб2-46А с маркерами «1», «2» и «3» признаны годными для использования по назначению.

5. Выводы

Стабилизация при помощи ультразвука была применена на двух этапах производства изделий МД-10Т, а именно:

При изготовлении мембран. Мембрана в датчиках давления является одним из ключевых элементов изготовления и она отвечает за передачу момента на подвижную систему, а так же стабильность показаний изделий. Основным оценочным параметром качества мембран является её твёрдость. Как показал эксперимент, данный метод приводит к значительному изменению твердости (снижая её в пределах допуска). Это косвенно свидетельствует об изменении внутреннего состояния материала мембраны и релаксации остаточных напряжений, оставшихся после формовки и отжига.

При изготовлении приемных узлов. Приемный узел следующий этап производства датчиков. Внутренние напряжения в нем являются следствием механической сборки (скрутка, резьбовое соединение) и давлением уплотнительных элементов. При сравнении отсчётов после ультразвуковой стабилизации и после термомеханической стабилизации можно сделать вывод, что данные методы показывают аналогичные результаты.

6. Заключение

При оценках метода ультразвуковой стабилизации на ключевых этапах

производства можно сделать следующие выводы: метод наилучшим образом

показывает себя в процессе изготовления конструктивных элементов (на

примере чувствительно элемента датчика), что значительно расширяет

перечень процессов, в которых он может быть использован. Технология

5

ультразвуковой стабилизации также положительно зарекомендовала себя при снятии остаточных напряжений в приемных узлах, но требует отладки режимов воздействия и разработки методики.

Следует отметить, что технология ультразвуковой стабилизации отличается более высокой производительностью по сравнению с действующей термомеханической обработкой, проста в практической реализации и использовании.

На основании проведенных исследований комиссия рекомендует внедрить предложенную технологию ультразвуковой стабилизации деталей и узлов приборов давления типа МД-Т в производство.

Зам. главного технолога ООО «ЭПО Сигнал»

Начальник отд. 106 ООО «ЭПО Сигнал»

Начальник СКО ООО «ЭПО Сигнал

Исполнитель НПП аспирант

/

Л-

7/ 6 У /У

В.В. Варганов

(подпись, дата)

М.Б. Непомнин (подпись, дата)

ЗЛ^ЛС" с-и- Мукин

О Т.А. Балтаев

Приложение III: Деталировочные чертежи приспособления

а 1—1

и-

I

£ фаски

В(5= 1)

0.3x45'

и

Нвукпзанньд преЭбльньд отклонения по- ИТи. ± \2/2.

■■е

=1

г?

-5

1

^с:

¿□та

¿Дл'ТгГд-'

Втулка

| ■ т.:'?.

7. ланичп.

2:1

3 Г

ч

" УЗЧПД.

Саааь 35 ГОСТ №58-83

•Е £

У Ra 6,3 fy J

Q.óxí5c

zzz

V

■Л

s

--

iq

T&

3=

15

с

■s

c5

■S ¡S

i

Нэукпзанньа првЗдлььыд эткланения по- Hftr hl^t, ± \2/2.

■ta

I

¿Í34 /"LIVIT1

РДЛ'Т-L g-'

Кольцо

i ■ т.:'-?.

7. ffflWBM.

AiW. rtr ¡re

.■ttm Аюпо

2:1

a г

■-г -

■Ävö.

Ола/Tt 2QXÎ3 ГОСТ Í5Í3-7Í

ï .-I

ъ

V

■л

£

ÎT

Ü"

•У Ra 6,3 f/j

03Qr7

Q.6XÍ5*

Н=цкп51нные прваегьные атклЕндни?! па1 НШг Ii*: ±t2/2.

г»

-г

I

Нэп AiViT"

/Гришка

Т.ломвр.

Лл?. ftCTTС

■'rtiTli'iTlji

fl«

2.Г

.'ÍCVi

.'¿См?

■".-- LI Tí

Г«ш> ЛЯГ

Х'пуххй-сл

ч/ ffa 6^3 f7j

g -- a

32

■н

-i Г?

V

T9L

-zZZZZZZZZZhzss

ZZZZZ^R

■J

Cji.

Л : 7 V

iWJ

V

T

Гх-.

J^QHOfoBrfMP ЛЯГЛМВГЛЛ no- Hfi: ± f2/2.

if it*. An

CbJIJL¡ í.

-z " = :

Втц/яа

г

Airt.

lVI

J: f

t

1

.1" Jtünrtt

Слшп Ü5 ГОСТ W50-8S

fíifl

.^ünuDöS-:^

Pr^-iar J i-

t -I

Í?

x/rbôJJ/J