Введение к работе
* .
А к т у а л ь н о с т ь п р о б л. е м н. Повышение срока службы деталей, лимитирующих ресурс машин.-..необходимое условие конкурентоспособности продукции, экономии средств и труда.
Одним из эффективных технологических средств целенаправленного формирования параметров качества деталей, определяющих их эксплуатационные свойства, является методы, поверхностного пластического деформирования (ППД). -
Известно более тридцати различных методов и схем ППД. накоплен значительный теоретический, методический и практический опыт в- изучении и использовании закономерностей ППД, однако потенциальные возможности ППД в значительной степени нереализованы. Прежде всего, это объясняется отсутствием общности подхода к моделирование процессов ППД: Отсутствие общетеоретического подхода существенно снижает эффективность выбора метода я условий ППД в объясняет существование ряда нерешенных проблем:
г имеющиеся модели процессов ППД не описывает некоторые експериментально выявленные закономерности остаточных напряжении, формирующихся при ПЩЦ
не выявляется экстремальный характер сжхмаешхх ж возможность появления на обработанной поверхности раотягнваших остаточных напряжений»
не установлены закономерности технологического наследования при-ППД и комбинированном упрочнении (ПОД закалка ТЭТ);
не учитывается вляиние разброса начальных параметров процессов ППД на результаты упрочнения (остаточные напряжения, размеры и размерную точность деталей).
. Отсутствие.достаточно полных научно-обоснованных моделей ППД и. методик проектирования технологических операций, инструмента я оборудования, обуславливает высокие затраты на прелварнтеяьнне эксперименты и подготовку производства, а также оценку упрочняющего эффекта. Это определяет актуальность решения проблемы повышения эффективности методов ППД. а также цель работы.
Цель, работы: повышение эффективности методов поверхностного пластического деформирования.на основе моделирования закономерностей формирования остаточных напряжений и деформаций в обрабатываемых деталях.
. . '*'' -' ' .'.' '' " ' ,-, ' П о л о ж е н и я, в ы н о с и м ы е н а защиту:
общая концепция системного подхода к моделированию и ив терпретации основных закономерностей формирования параметров х чества поверхностного слоя деталей методами ППД} '
математические модели формирования остаточных напряжет деформаций при. ШЩ;
закономерности технологический наследственности ІЩ и комбинированного упрочнения;
научно-обоснованные методики проектирования наиболее ті пичных технологических операций IltUL
Hay ч н а я, в о в и з н м
-
Ra основе системного подхода разработана общая концеш моделирования закономерностей формирования параметров' качества поверхностного слоя деталей при. ППД.'.
-
Впервые теоретически рассчитан ряд особенностей распрі ления остаточных напряжений в поверхностном слое деталей при I возможность появления экстремума сжимащих остаточных напряже: в поверхностном слое, появление растягивающих остаточных: напр. ний на упрочненной, поверхности-и других»
-
Впервые установлены закономерности наследования техно гических параметров при ППД и комбинированном упрочнении.
' 4. Разработаны математические модели формирования остато напряжений я деформация при ППД. учитывающие циклический хара упруго-пластического деформирования. . - ,
П р а к т и.ч е.с к а я ц ен н о с т * и реали э
ц.и я р а б о т ы: '"
1» Разработаны научно-обоснованные методики проектировав
технологических операций., инструмента, оснастки' и оборудован;
для обкатывания, раскатывания, дориования, гидродробеструйної
комбинированного упрочнения, обеспечизащие формирование зад;
остаточных напряжений н других параметров качества поверхнос:
слоя упрочненных деталей* разработаны новые способы (в том чі
по а.с. Л 316055). инструменты (в том числе, по а.с. Я 51747!
универсальное -и специальное автоматизированное оборудование ;
ППД. '..'
2. Результаты работы использованы при упрочнении детале! лее 40 наименования (оси,, втулки, цилиндры:, зубчатые колеса.
Актуальность проблемы. Повышение срока службы деталей, лимитирущих ресурс машин - необходимое условие конкурентоспособности продукции, экономии средств и труда.
Одним из эффективных технологических средств целенаправленного формирования параметров качества деталей, определяющих их эксплуатационные свойства, являются методы поверхностного пластического деформирования (ГОД).
Известно более тридцати различных методов и схем ППД, накоплен значительный теоретический, методический и практический опыт в изучении и использовании закономерностей ГО1Л, однако потенциальные возможности ППД в значительной степени нереалиэованы. Прежде всего, это объясняется отсутствием общности подхода к моделированию процессов ППД. Отсутствие общетеоретического подхода существенно снижает эффективность выбора метода и условий ППД и объясняет существование ряда нерешенных проблем:
имеющиеся модели процессов ППД не описывают некоторые экспериментально выявленные закономерности остаточных напряжении, формирующихся при ІВД;
не выявляются экстремальный характер сжимающих и возможность появления на обработанной поверхвоста растягквашхх остаточных напряжений;
ие установлены закономерности технологического наследования при-ППД и комбинированном упрочнении (ППД + закалка ТВЧ);
не учитывается вляиние разброса начальных параметров про-" цессов ППД на результаты упрочнения (остаточные напряжения, размеры и размерную точность деталей). _
Отсутствие.достаточно полных научно-обоснованных моделей ППД и методик проектирования технологических операций, инструмента я оборудования, обуславливает высокие затраты на предварительннв эксперименты и подготовку производства, а также оценку упрочняющего эффекта. Это определяет актуальность решения проблемы повышения эффективности методов ППД, а также цель работы.
Цель работы: повышение эффективности методов поверхностного пластического деформирования на основе моделирования закономерностей формирования остаточных-напряжений я деформаций в обрабатываемых деталях.
Положения, выносимые на защиту:
общая концепция системного подхода к моделированию и интерпретации основных закономерностей формирования параметров качества поверхностного слоя деталей методами ППД;
математические модели формирования остаточных напряжений деформаций при ППД;
закономерности технологический наследственности ГОД и комбинированного упрочнения;
научно-обоснованные методики проектирования наиболее типичных технологических операций ГВДД.
Научная новизна:
-
На основе системного подхода разработана общая концепция моделирования закономерностей формирования параметров качества поверхностного слоя деталей при ІВД.
-
Впервые теоретически рассчитан ряд особенностей распреде ления остаточных напряжений в поверхностном слое деталей при ЇЇШ возможность появления экстремума сжимаодих остаточных напряжения в поверхностном слое, появление растягиващих остаточных напряже ний на упрочненной поверхности и других.
-
Впервые установлены закономерности наследования технологических параметров при ППД и комбинированном упрочнении.
' 4. Разработаны математические модели формирования остаточні напряжений и деформаций при ППД. учитывающие циклический характЕ упруго-пластического деформирования.
Практическая ценность и реализация работш
-
Разработаны научно-обоснованные методики проектирования технологических операций, инструмента, оснастки-и оборудования для обкатывания, раскатывания, дорнования, гидродробєструґшого і комбинированного упрочнения, обеспечизащие формирование задант остаточных напряжений и других параметров качества поверхностно] слоя упрочненных деталей: разработаны новые способы (в том числі по а.с. В 316055), инструменты (в том числе, по а.с. В 517475), универсальное и специальное автоматизированное оборудование для ППД.
-
Результаты работы использованы при упрочнении деталей б< лее 40 наименований (оси, втулки, цилиндры, зубчатые колеса.
5 крупногабаритные подшипники и др.) тракторов, подъемных кранов, химических насосов и др. на предприятиях транспортного, сельскохозяйственного, энергомашиностроения и других отраслей. Эксплуатационные испытания, проведенные в условиях Алтая, Сибири, средней полосы России, Украины и Молдавии, показали внсокув эффективность упрочнения.
3. По заказу отрасли транспортного машиностроения выполнены аналитические обзоры возможностей методов ППД для упрочнения деталей, эксплуатирующихся в условиях различных схем нагружения, а также экспертные оценки причин нарушения работоспособности тя-келонагруненных узлов машин, на основе которых предложены методы !ШД для упрочнения поверхностного слоя деталей, лимитирующих ресурс машин. Предложено новое направление развития методов ППД, обеспечиващее эффективное управление комплексом свойств поверхностного слоя деталей.
Суммарный экономический эффект от внедрения методик проектирования технологических операций, инструмента и оборудования,подтвержденный актами, составил около 500 тыс. руб. (в ценах до 1.Т.91).
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались.на следующих конференциях и семинарах: научно-технических конференциях Челябинского государственного технического университета,.1970-1993 г.г.; производственно-технических и производственных семинарах, Челябинск, 1976,1977,1978,1984.1988 гг.; Свердловск. "Наука -производству", 1981 г.; Лиепая, " Эффективности и качеству - современные методы обработки металлов 'поверхностным и объемным пластическим деформированием" 1983- г.; постоянном семинаре АН СССР "Физико-технические проблемы поверхности металлов",Ленинград, 1984 г.; зональных научно-технических конференциях, Новосибирск. 1978 т.; Тольятти, " Интенсификация производства и повышение качества изделий ППД", 1989 г.; Иркутск, 1991 г.; всесоюзных научно-технических конференциях, Челябинск, "Трение и смазка в машинах", 1983 г.; "Основные направления, экономии металла в автотракторостроении", t984 г.; Брянск, " Новые технологические процессы-и оборудование для поверхностной пластической обработки материалов", 1986 г.; Ростов-на-Дону. "Остаточные напряжения'- резерв прочности в машиностроении",- 1991 г.
6.'
По диссертационной работе рделаны доклады на объединенном заседании кафедр "Технология машиностроения", "Станки и инструмен "Технология металлов" (ЧГТУ); НПО "КОРПУС" (Екатеринбург); ВНИИТРАНСМАШ, (С. -Петербург)^ на научном семинаре кафедры "Технология машиностроения" Уфимского авиационного института.
Публикации.,
По материалам диссертации опубликовано более 60 печатных работ общим объемом 64,5 п.л. (вклад автора - 59.5 п.л.).
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, семи разделов, списка литературы, выводов, приложений с материалами внедрения и испытаний. Содержит 372 страницы (из них, 110 страниц со 161 рисунком и 15 таблицами, 28 страниц список литературы из 268 названий), материалы внедрения на 51 странице, 72 страницы листинги программ, 142 страницы результатов исследований.
