Введение к работе
Актуальность работы. Современный этап развития технологии обработки деталей машин характеризуется возрастающими требованиями, предъявляемыми к качеству получаемых поверхностей, которое обеспечивается на финишных операциях. Одним из наиболее прогрессивных, экономичных, производительных и доступных в реализации методов обработки на финишных операциях является поверхностное пластическое деформирование (ППД), которое обеспечивает необходимый набор основных показателей качества: заданную степень и глубину упрочнения, низкие параметры шероховатости, сжимающие остаточные напряжения и заданную микроструктуру.
В технологических процессах для обработки глубоких отверстий наибольшее распространение получили многороликовые дифференциальные раскатники сепараторного типа, инструменты с установкой роликов на опоры качения, раскатывающие инструменты упругого действия, а также инерционные раскатники.
Применяемые в настоящее время раскатывающие инструменты имеют ряд конструктивных недостатков. Так, в инструментах сепараторного типа, за счет малой площади контакта между коническими деформирующими роликами и опорным конусом, возникают значительные контактные напряжения, превышающие допустимые значения, что приводит к их быстрому выходу из строя. При установке деформирующих роликов на опоры качения, пропорционально увеличивается их наружный диаметр, что ведет к увеличению необходимой силы деформирования и общих габаритов инструмента. Главным недостатком применяемых раскатывающих инструментов является то, что они не обеспечивают заданную стабильную силу деформирования и подачу и, таким образом, существенно снижают необходимые показатели качества обработанного поверхностного слоя. Применяемые раскатывающие инструменты инерционного действия частично устраняют перечисленные недостатки, однако, они также не обеспечивают в полной мере требуемых сил деформирования и производительности. Вместе с тем, в настоящее время нет хорошо освоенных и серийно выпускаемых инерционных раскатывающих инструментов, отсутствует методика расчета их конструктивных и силовых параметров, а также технологических режимов обработки ППД.
Поэтому, проблема повышения эффективности обработки глубоких отверстий на основе применения инерционных раскатывающих инструментов, обеспечивающих заданные стабильные показатели качества обработанного поверхностного слоя при высокой производительности является актуальной.
Цель и задачи работы. Цель работы - повышение эффективности обработки глубоких отверстий на основе исследований силовых характеристик инерционного рычажного раскатывающего устройства, обеспечивающего заданные стабильные показатели качества обработанного поверхностного слоя при высокой производительности.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:
Провести анализ существующих типов раскатывающих инструментов и научных изысканий в области ППД тел вращения.
Разработать принципиальную конструктивную схему инерционного рычажного раскатывающего устройства (ИРРУ).
Разработать математическую модель взаимодействия конструктивных элементов ИРРУ и определения по ним силовых параметров при раскатывании.
Разработать математическую модель и исследовать контактную зону упругопластической деформации при обработке отверстий цилиндрическими деформирующими роликами, и исследовать их влияние на показатели качества обработанной поверхности.
Провести экспериментальные исследования контактной зоны и экспериментального образца ИРРУ.
6. Разработать методику автоматизированного расчета рациональных
силовых и конструктивных параметров ИРРУ, а также технологических
режимов обработки в диапазоне диаметров обрабатываемых отверстий от
100мм до 250мм.
Методы и средства исследований. В диссертационной работе применялись теоретико-экспериментальные методы исследования, методы математического моделирования процессов деформирования, разработки алгоритмов расчетов и программ для ЭВМ. При этом использовались основные положения теории упругости и пластичности, теоретической механики, технологии машиностроения, аналитической геометрии, дифференциального и интегрального исчисления, математической статистики и информационных технологий. Достоверность научных выводов обеспечивается согласованием расчетных и экспериментальных данных.
На защиту выносятся:
Принципиальная конструктивная схема ИРРУ для обработки отверстий поверхностным пластическим деформированием цилиндрическими роликами.
Математическая модель взаимодействия основных элементов ИРРУ и взаимосвязь его конструктивных, силовых и технологических параметров с показателями качества обработки.
3. Результаты теоретических исследований взаимосвязи деформи
рующих цилиндрических роликов, геометрических параметров контакт-
ной зоны и упругопластической деформации в поверхностном слое.
Результаты экспериментальных исследований геометрических параметров контактной зоны, ее взаимосвязь с силой деформирования и результаты испытаний экспериментального образца ИРРУ.
Методика автоматизированного расчета рациональных конструктивных и силовых параметров ИРРУ.
Научная новизна заключается:
В теоретических зависимостях влияния конструктивных и силовых параметров ИРРУ от частоты его вращения и диаметров обрабатываемых отверстий на процесс ИНД.
В закономерностях взаимосвязи параметров цилиндрических деформирующих роликов, параметров контакта и напряжений в зоне упругопластической деформации, определяющих показатели качества обработанной поверхности.
В установлении закономерности, что при одной и той же глубине внедрения цилиндрических деформирующих роликов в обрабатываемую поверхность с увеличением диаметра обрабатываемого отверстия глубина упрочненного слоя остается практически постоянной.
В установлении взаимосвязи между конструктивными параметрами ИРРУ, силой деформирования, частотой вращения и параметрами показателей качества обработанного поверхностного слоя.
Практическая ценность работы.
1. Предложена принципиальная схема и конструктивное решение
ИРРУ, обеспечивающего стабильные показатели качества обработанного
ИНД поверхностного слоя отверстий, с использованием деформирующих
цилиндрических роликов (Патент РФ № 122810).
Разработана методика автоматизированного расчета рациональных силовых и конструктивных параметров ИРРУ во взаимосвязи с технологическими режимами обработки и показателями качества поверхностного слоя.
Разработаны рекомендации «Методика определения рациональных конструктивных параметров инерционных рычажных раскатывающих устройств и технологического обеспечения при ППД», принятых к промышленному использованию на ЗАО «ГАЗПРОМ-КРАН», которые положены в основу постановки ИРРУ в производство.
Результаты теоретических и экспериментальных исследований могут быть использованы в научно-исследовательских институтах, высших, и средних специальных учебных заведениях и на машиностроительных предприятиях, где осуществляется процесс ППД.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
и результаты проведенных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Волгоградского государственного технического университета (ВолгГТУ) в 2009-2012гг., на научно-практических конференциях Камышинского технологического института, филиала (ВолгГТУ) в 2009-2012гг., Всероссийской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии в обучении и производстве», (г.Камышин, 2010г.), Международной научно-технической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения», (г. С-т Петербург, 2010г.).
Публикации. По материалам исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе 5 работ в журналах, входящих в перечень ВАК и получен патент на изобретение.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и 5 приложений. Диссертация изложена на 174 страницах машинописного текста и включает 49 рисунков, 3 таблицы, 129 наименований литературы и 40 страниц приложений.
