Введение к работе
Актуальность темы. Одной из главных проблем, стоящих перед экономикой страны, является ресурсосбережение. Поэтому при проектировании и изготовлении изделий и их узлов необходимо стремиться к минимизации показателей ресурсоёмкости.
Среди неподвижных соединений деталей к числу наиболее технологичных относятся соединения с натягом (ССН). Однако часто ССН проектируются методами прецедентов и подобия, при этом принимаются неэффективные конструкторско-технологические решения. Типовые методики проектирования не позволяют выявить резервы повышения качества соединений, особенно связанные с управлением контактным взаимодействием деталей и использованием технологических возможностей производства.
Решение данной проблемы возможно только при применении единого методологического подхода к оценке качества и выбору рационального конструкторско-технологического варианта соединения, т.е. на основе создаваемой в настоящее время системы обеспечения качества ССН, связывающей этапы проектирования, изготовления и эксплуатации.
Исследованиями ученых и промышленным применением установлено, что весьма эффективным является технологический метод обеспечения функциональных характеристик неподвижных соединений путём введения в зону контакта анаэробных материалов (AM), которые полимеризуются при отсутствии кислорода воздуха и существенно повышают герметичность и прочность соединений. AM обладают достаточной прочностью, химической и термической стойкостью, малой усадкой. Однако исследований функциональных характеристик ССН при сборке с AM выполнено недостаточно, не создана система технологического обеспечения прочностных характеристик данных соединений наиболее рациональным образом.
Таким образом, анализ состояния проблемы рационального обеспечения прочностных характеристик ССН, основанного на применении AM, показывает, что тема диссертационной работы является актуальной.
Цель работы: рациональное обеспечение прочностных характеристик и совершенствование технологии сборки соединений с натягом при применении анаэробных материалов.
Задачи исследования:
Выявить особенности процесса контактирования деталей, соединяемых с натягом, в присутствии анаэробного материала в зоне контакта и разработать уточнённые функциональные модели данных соединений при сборке поперечным и продольным способами с учётом методов обработки сопрягаемых поверхностей.
Разработать методики определения рациональных параметров сборочного процесса: выбора AM с необходимыми физико-механическими свойствами, определения площади нанесения и объема наносимого AM.
Исследовать влияние AM на напряженно-деформированное состояние и эксплуатационные характеристики соединений с натягом с применением метода конечных элементов.
Провести экспериментальные исследования прочностных характеристик соединений с натягом, собираемых с AM.
Разработать и апробировать систему технологического обеспечения прочностных характеристик соединений с натягом при сборке с AM.
Разработать новый технологический процесс сборки соединения с натягом с рациональным применением AM.
Методы исследований. Комплекс теоретических исследований базируется на основных положениях технологии машиностроения, теории контактного взаимодействия и молекулярно-механической теории трения поверхностей, теорий линий скольжения, упругости, пластичности и методе конечных элементов. При экспериментальных исследованиях характеристик ССН применялись известные и оригинальные методики с использованием поверенных и аттестованных измерительных средств, стандартного оборудования и специальных устройств.
Научная новизна:
Построены уточнённые функциональные модели соединений с натягом при сборке с AM поперечным и продольным методами, которые учитывают влияние волнистости и технологии подготовки сопрягаемых поверхностей на параметры контакта и прочность ССН.
Разработаны основные принципы рационального использования AM при сборке ССН, касающиеся выбора марки AM, определения
площади нанесения и объёма наносимого материала, применение которых позволит уменьшить затраты на сборочные операции.
3 Разработана система технологического обеспечения прочностных характеристик соединений с натягом при сборке с AM, позволяющая повысить их надёжность и снизить себестоимость.
Практическая ценность:
Применение системы технологического обеспечения прочностных характеристик ССН при сборке с AM позволяет на стадии конструк-торско-технологического проектирования создавать высокотехнологичные узлы с заданными функциональными свойствами и минимальной себестоимостью, что подтверждено экономическим эффектом, полученным в результате совершенствования узлов запорной арматуры.
Применение нового способа сборки ССН с использованием AM, разработанных методик определения параметров сборочного процесса и рекомендаций, позволяет рациональным образом использовать AM, снизить затраты на процесс сборки ССН и обеспечить эксплуатационные характеристики соединений при снижении требований к точности их параметров.
Реализация и внедрение результатов. Результаты работы внедрены и использованы на предприятии ОАО «ПТПА-Атом» в виде новых технологий сборки и совершенствования соединений с применением AM, а также рекомендаций по технологическому повышению качества неподвижных соединений.
На защиту выносятся:
1 Уточнённые функциональные модели соединения с натягом при
сборке с AM поперечным и продольным методами с учётом волни
стости и методов подготовки сопрягаемых поверхностей, позволяю
щие адекватно оценивать прочностные характеристики данных со
единений.
Методики определения рациональных параметров сборочного процесса: марки AM, площади нанесения и объёма наносимого материала, применение которых позволит уменьшить затраты на сборочные операции.
Результаты исследования относительных перемещений в зоне контакта деталей методом конечных элементов, в результате которо-
го установлено увеличение контактной жёсткости ССН при применении AM.
Результаты экспериментальных исследований, подтверждающие эффективность применения AM и адекватность функциональных моделей.
Система технологического обеспечения прочностных характеристик соединений с натягом, собираемых с AM, и результаты её применения для совершенствования узлов запорной арматуры.
Новая технология сборки ССН продольным методом с рациональным использованием AM.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: III Международная научно-техническая конференция «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (г. Вологда, 2007); VI Международная научно-практическая конференция «Научно-образовательный потенциал нации и конкурентоспособность страны» (г. Пенза, 2007); VI Международная научно-техническая конференция «Проблемы качества машин и их конкурентоспособности» (г. Брянск, 2008); IV Международная научно-практическая конференция «Технологическое обеспечение качества машин и приборов» (г. Пенза, 2008); III Международная научно-практическая конференция «Системы проектирования, моделирования, подготовки производства и управление проектами CAD/CAM/ CAE/PDM» (г. Пенза, 2009); Международная научно-техническая конференция «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (г. Пенза, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 статей (2 статьи без соавторов), из них 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ и 1 статья - в рецензируемом журнале, получен 1 патент на изобретение.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 118 наименований и приложений. Работа изложена на 112 страницах основного текста, включает 20 таблиц и 51 рисунок. Общий объём диссертации -170 страниц.
