Повышение эксплуатационных свойств деталей при обработке динамическими методами поверхностного пластического деформирования Шведова Александра Сергеевна

Введение к работе

Актуальность исследования

На сегодняшний день машиностроение является одной из активно развивающихся отраслей, отвечающей, практически, за все этапы жизненного цикла (ЖЦ) машины, длительность которого зависит от эксплуатационных свойств.

Формирование эксплуатационных свойств происходит на протяжении всех этапов изготовления, в особенности, на операциях финишной обработки.

Одним из перспективных методов, используемых на финишных этапах обработки, является поверхностное пластическое деформирование (ППД). В процессе ППД производится упрочнение поверхности детали и, как следствие, происходит улучшение эксплуатационных свойств, что в свою очередь, приводит к увеличению ЖЦ деталей.

Трудности, возникающие в процессе проектирования технологических процессов (ТП) обработки ППД, в основном, следует отнести к поиску оптимальных режимов обработки, т. к. от этого зависят не только достижение требуемого качества поверхностного слоя, но и увеличение прочности и долговечности деталей. Зачастую параметры режимов обработки назначаются исходя из результатов, полученных эмпирических путем, что не всегда приводит к желаемому результату . Исходя из современных воззрений следует, что предпочтительнее, в условиях современного производства, разработать методику оптимизации упрочняющей обработки, гарантирующую не только заданное качество поверхностного слоя, но и позволяющую обеспечить максимальную реализацию резервов упрочнения.

Степень разработанности темы. Наиболее значимые исследования в
области обработки деталей методами ППД были проведены Кудрявцевым И.В.,
Бабичевым А. П., Смелянским В.М., Блюменштейном В.Ю., Папшевым Д.Д.,
Дроздом М.С., Сидякиным Ю. И., Петросовым В.В., Пшибыльским В.П.,
Копыловым Ю.Р., Тамаркиным М. А., Трилисским В.О. и многими другими.
Работы представленных авторов посвящены изучению процессов,

происходящих в поверхностном слое деталей обработанных ППД с учетом
технологической наследственности. Приведены теоретические и

экспериментальные исследования влияния технологических параметров на качество поверхностного слоя.

Существующая классификация разделяет методы ППД на две большие группы: статические и динамические методы. Статические методы, на сегодняшний день, исследованы наиболее полно. Широкое внедрение в производство динамических методов ППД сдерживается недостаточно глубокой проработкой вопросов формирования параметров качества поверхностного слоя и отсутствием их обобщенных теоретических моделей. Недостаточно проработаны вопросы повышения эксплуатационных свойств обрабатываемых деталей.

Основополагающее исследование в области статических методов ППД было проведено М. С. Дроздом, М. М. Матлиным, Ю. И. Сидякиным. Для

оценки эффективности технологических режимов обработки деталей статическими методами ППД авторами используется величина интенсивности контактной упругопластической деформации е_i. Установлено, что в процессе обработки детали происходит формирование физического состояния поверхностного слоя, которое определяется влиянием двух одновременно протекающих процессов - упрочнения (наклепа), с одной стороны, и разупрочнения с другой. Доказано, что необходимо обеспечить значение интенсивности деформации є\₀ близкое к предельной равномерной деформации _Єp (являющееся оптимальным), при котором предел выносливости

обрабатываемой детали будет наибольшим.

Следует отметить, что в исследованиях динамических методов ППД, проводимых ранее, оптимизация ТП осуществлялась по критерию трудоемкости. Большой интерес представляет исследование и разработка методики оптимизации по критерию максимального предела выносливости для динамических методов ППД.

Цель работы заключается в повышении эффективности обработки динамическими методами ППД за счет максимального использования резервов физического упрочнения материала деталей на основе разработки адекватных теоретических моделей формирования характеристик поверхностного слоя деталей.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработка теоретических моделей формирования глубины упрочнения и степени деформации поверхностного слоя;

2. Экспериментальные исследования формирования остаточных напряжений в поверхностном слое деталей при динамических методах ППД;

3. Компьютерное моделирование процесса формирования в поверхностном слое деталей остаточных напряжений;

4. Разработка методики оптимизации технологических процессов по критерию максимального предела выносливости с целью реализации резервов упрочнения материала деталей.

Объектом исследования является технологические процессы обработки деталей динамическими методами поверхностного пластического деформирования.

Предметом исследования является процесс формирования требуемых параметров качества поверхностного слоя деталей в результате обработки динамическими методами поверхностного пластического деформирования, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств деталей.

Методологической базой исследований является определение технологических закономерностей динамических методов ППД, на базе которых формируются основные показатели качества поверхностного слоя деталей (глубина упрочненного слоя, степень деформации, шероховатость поверхности, сжимающие остаточные напряжения).

Теоретической базой исследований являются теоретические основы технологии машиностроения, теория обработки деталей поверхностно-пластическим деформированием, теория технологической наследственности и формирования эксплуатационных свойств обработанных деталей.

Эмпирическая база исследований основана на современных методах исследований процессов обработки динамическими методами ППД, качества поверхностного слоя деталей машин.

Научные результаты, выносимые на защиту:

5. Теоретические зависимости влияния режимов обработки и характеристик рабочих сред на параметры качества поверхностного слоя детали;

6. Основные закономерности проектирования технологических процессов, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств обрабатываемых деталей;

7. Методика и алгоритм оптимизации ТП динамических методов обработки ППД по критерию максимальной реализации резервов упрочнения материала деталей.

Научная новизна. Получены зависимости влияния режимов обработки, характеристик рабочих сред и физико-механических свойств материала обрабатываемых деталей на параметры качества поверхностного слоя. Разработаны закономерности проектирования технологических процессов, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств обрабатываемых деталей. Предложены методика и алгоритм оптимизации ТП динамических методов обработки ППД по критерию максимальной реализации резервов упрочнения материала деталей.

Теоретическая значимость работы заключается в создании комплекса теоретических моделей формирования показателей качества поверхностного слоя, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств обработанных деталей на основе которых разработана методика оптимизации ТП.

Практическая значимость работы. Получены зависимости для определения параметров качества поверхностного слоя деталей. Разработана методика инженерных расчетов оптимальных параметров технологических процессов обработки динамическими методами ППД с целью повышения эксплуатационных свойств обработанных деталей.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности.

Диссертационная работа представляет собой новое решение актуальной
научно-технической задачи повышения эксплуатационных свойств

ответственных деталей при обработке динамическими методами

поверхностного пластического деформирования.

Содержание исследований соответствует специальности 05.02.08 «Технология машиностроения». Область исследования: №2 (технологические процессы операции, установы, позиции, технологические переходы и рабочие хода, обеспечивающие повышение качества изделий) и №5 (методы проектирования и оптимизации технологических процессов).

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и
обсуждались на Всероссийских конференциях, конференциях с

международным участием и международных симпозиумах:

8. Наука сегодня: теория, методология, практика, Вроцлав, 2013 г.

9. Инновационные технологии в машиностроении и металлургии, г. Ростов-на-Дону, 2013-2015 гг.

10. Состояние и перспективы развития сельскохозяйственного машиностроения, г. Ростов-на-Дону, 2014-2016 гг.

11. Волновые, виброволновые технологии в машиностроении, металлообработке и других отраслях, г. Ростов-на-Дону, 2014 г.

12. Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации, г. Курск, 2014, 2015 гг.

13. Жизненный цикл конструкционных материалов, г. Иркутск, 2014, 2015 гг.

14. Инновации, качество и сервис в технике и технологиях, г. Курск, 2014 г.

15. Инновации, экология и ресурсосберегающие технологии, г. Ростов-на-Дону, 2014 г.

16. Фундаментальные и прикладные проблемы современной техники, г. Ростов-на-Дону, 2014 г.

17. Юбилейная конференция студентов и молодых ученых, посвященная 85-летию ДГТУ, г. Ростов-на-Дону, 2015 г.

18. Теплофизические и технологические аспекты повышения эффективности машиностроительного производства, г. Тольятти, 2015 г.

19. Интегрированные и виброволновые технологии в машиностроении, металлообработке и др. отраслях, г. Ростов-на-Дону, 2015, 216 гг.

20. Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации – 2015, г. Пермь, 2015 г.

21. Динамика технических систем, г. Ростов-на-Дону, 2015 г.

Технологические рекомендации, разработанные на основании

исследований, прошли промышленные испытания на заводе ООО «Дон-КузлитМаш» в г. Азове.

Публикации результатов работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 25 научных работ, в том числе 6 статей в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы, приложения. Основная часть работы изложена на 144 страницах, содержит 51 рисунок, 21 таблицу. Список литературы включает 98 наименований.