Введение к работе
Актуальность темы работы
Многолетний опыт проектирования машин многократного ударного нагруження, работающих в жестких условиях эксплуатации, показывает, что такие конструкции успешно выполняют свои функции в течение определенного промежутка времени. Однако, иногда и, кик правило, в самые критические моменты они беї каких-либо угрожающих признаков катастрофически разрушаются. Изучая каждое такое разрушение, конструкторы постепенно научились избегать их на основе многолетнего опыта эксплуатации.
Если условия эксплуатации, прилагаемые нагрузки или требуемня масса создаваемых конструкций не отличаются от соответствующих характеристик прототипа, то при проектировании обычно обеспечивается их надежность. Однако, когда условия эксплуатации конструкции меняются коренным образом, требуя соответствующей замены материала или изменения геометрии, при проектировании но опыту не может быть гарантирована надежность конструкции. В этом случае необходимо получить новые опытные данные или заменить их теоретическим моделированием. Новейшие системы, разрабатываемые с целью удовлетворения более высоким эксплуатационным требованиям, нуждаются в более точной и основательной теоретической отработке с учетом современных представлений о разрушении. Однако, даже при высоком уровне современных знаний многие требования, Предъявляемые к новейшим системам машин многократного ударного нагруження, не могут быть рассмотрены исчерпывающим образом. Обьем информации о разрушении настолько велик, что многие конструкторы продолжают опираться в своей деятельности на более освоенные н простые экспериментальные методьь
Одной из актуальных проблем современного машиностроения является проблема повышения долговечности элементов машин многократного ударного нагруження по критериям прочности при одновременном снижении их металлоемкости. Непрерывное увеличение мощностей, скоростей, производительности и других параметров этих машин и связанный с этим 1>ост напряженности элеменю; приводят к тому, что указанную проблему можно решить лишь при использовании в процессе конструирования и расчета новейших достижений науки и техники, Выбор материала, определенно фермы и размеров деталей должны осноьыпагься на знании предельных- состояний и к\>» і*;цііен прочности для
заданного характера изменения нагрузок, температур, влияния окружающей среды и других факторов.
В современном машиностроении Имеют большое значение
методы опенки живучести элементов конструкций машин
многократного ударного нигружения, для оптимизации выбора
материала, обладающего наибольшей циклической
трещиностойкостью при заданных условиях эксплуатации, оптимизации конструктивных форм и технологических процессов изготовления деталей.
Исследования и многолетний опыт работы в машиностроении показывают, что одним из наиболее эффективных методов повышения живучести деталей машин многократного ударного нагруясения является применение технологических методов поверхностного упрочнения. Данному способу повышения живучести деталей машин посвящено много работ и публикаций, среди которых особо следует отметить работы В.П. Когаева, Ю.Н. Дроздова СВ. Серенссна, М.А. Елизаветина.
На основе анализа опубликованных источников можно сделать следующие выводы;
-
Широкое Использование поверхностной упрочняющей технологии существенно улучшает использование Металла и увеличивает срок службы деталей. Ни одну деталь, ни в одной отрасли современного машиностроения экономически невыгодно изготовлять без упрочненной поверхности.
-
В работах СВ. Серенсена, В;П. Когаева, Л.М. Школьника, Г.Ф. Головина и других показано, что при правильной и оптимальной технологии поверхностного упрочнения повышается предел выносливости, а, следовательно, и срок службы детали увеличивается в 2-3 раза. При неправильной технологии поверхностного упрочнения предел выносливости снижается, и вместо упрочнения получаем разупрочнение детали, поэтому вакно знать причины, вызывающие повышение пределов выносливости, и проводить исследования по выявлению оптимальных параметров технологии поверхностного упрочнения.
-
Известно, что глубина залегания и величина остаточных сжимающих напряжений, а так же характер их р-определения по сечению детали существенно влияют на сопротивление усталости. Однако, не существует модели, по іооля юіцеіі определить один из наиболее важных параметров упрочнения - оптимальную глубину упрочненного слои для конкретного случая нагружсни* детали.
5. Разработать технологические процессы упрочнения деталей машин многократного ударного наїружения для практической реализации их п производстве.
Методы исследования
Работа включает в себя комплекс іеоретнческих и
экспериментальных исследований. При построении
математической модели, определяющей основные параметры угірочненіїя: глубину упрочненного слоя и остаточные напряжения, использовались основные положения теории упругости. Для научного обоснопання экспериментальных исследований их результаты подвергались статистической обработке.
Автор защищает:
-
Результаты теоретических исследований основных особенностей и технологических возможностей методов поверхностного упрочнения деталей машин, с учетом влияния величины и распределения остаточных напряжений по сечению упрочненной детали на повышение предела выносливости.
-
Математическую модель, позволяющую вычислять глубину залегания остаточных напряжений - глубину упрочненного слоя материала для конкретного случая иагружения детали.
-
Инженерную методику по выбору меюдч \ прочна г, и определению его основных парамеїр ;>
-
Новые конструкции отдельных V;." -"; ИЗДі" применение которых обеспечивает ?.v:-: гый уро,-долговечности.
Іїаучнаїг новизна р-аботы заключается:
D теоретическом обосновании метода и определе::;.. оптимальных параметров поверхностной упрочняющей технологии для особо нагруженных узлов машин многократного ударного нагружения.
Достоверность результатові обоснована:
Корректностью применения математических методов, широкий использованием ПЭВМ, а так же сопоставлением рс іульгатов моделирования с авторскими > ^публикованными экспериментами и с опытом эксплуатации > >. >чй в реальных условиях.
4. Исследования в области методов поверхностного упрочнения позволили установить, что нет четкой инженерной методики, позволяющей конструктору и технологу подобрать наиболее приемлемый метод упрочнения для решения конкретной задачи повышения живучести детали-
Таким образом, необходимость разработки способов
проектировании и технологии изготовления деталей машин
многократного ударного нагружения на доступном инженерно-
научном уровне, что позволит обеспечивать заданную
долговечноегь и прочность деталям в течение гарантийного
срока службы, является актуальной научно-технической
задачей, имеющей прикладную направленность, что
подтверждается интенсивными исследованиями на
предприятиях отрасли. В данной работе приведены результаты исследований автора, выполненные но заданию ОАО АК «Туламашзавод» в рамках работы «о хоздоговорной теме Kai06901 «Разработка способов повышения живучести детали «ударник» перфораторов типа ССПБ-1»
Цель работы: повышение эксплуатационной надежности машин многократного ударного нагружения путем теоретического и экспериментального обоснования выбора рациональных методов, параметров и режимов поверхностного упрочнения особо нагруженных узлов.
Для реализации 'этого следует решить следующие задачи:
1. Изучить влияние величины и распределения
остаточных и; :іриясеннй по сечению детали на
повышение предела выносливости материала для
различных методов поверхностною упрочнения.
2 Получить математическую модель, определяющую
глубину упрочненного слоя в зависимости от
рабочих напряжений, геометрических характеристик
и свойст» материала де.тали.
і Разрабопігь инженерную мргрднку и программное
обеспечение но выбору меюда упрочнения и
определению его основных параметров: глубины
упрочненною слоя, остаточных напряжений и
тверцосін.
4. Провесні coijoc гаьмение результатов расчетов і
экснеримешами t целью tipouep.ui адекватности
разрабоїанной модели и работоспособности
(практической приемлем.или) разработанной
мс к мої и
Ценность для науки заключаете»:
В том, что предложенные критерии и математическое моделирование расширяют и дополняют известные рекомендации по выбору методов упрочнения и определению их основных параметров: глубины упрочненного слоя и остаточных напряжений.
Практическая полезность состоит:
В том, что результаты работы позволяют на стадии проектирования технологического процесса изготовления деталей наиболее нагруженных узлов машин многократігого ударного нагружения выбрать наиболее рациональный метод упрочнения и определить его основные параметры.
Реализация результатов работы заключается:
В определении оптимальных параметров метода упрочняющей технологии и назначении режимов метода поверхностного упрочнения, позволяющих получать расчетные параметры. Рекомендации по выбору рационального метода упрочнения и определению его основных параметров приняты к внедрению на ОАО АК «Туламашзааод».
Апробация диссертации
Основное содержание работы и ее отдельные фрагменты докладывались автором на ежегодных научио-івхіїнчвских конференциях ТулГУ в 1998-2000 годах, а так же на:
-
Международной НТК, посвященной 150-летию СИ. Мосина, Тула, 19^9.
-
Региональной НТК "Пути совершенствования ракетно-артиллерийских комплексов." Тула, ТАИИ, 1999.
-
Региональной НТК "Проблемы проектирования и пронзподсіва систем и комплексов", посвященной 70-летию ТулГУ, Тула 1999.
Диссертация в целом докладывалась на гехническ- І) секции производственно-технического совета ОАО АК «Туламаитзавод» 24 апреля 2000г.и на расширенном заседании кафедры РиПАМ Тулі У 4 мая 2000г.
fly6 шкапин:
Основное содержание работы опубликовано а 2 сіл і міх ч З іечиеа.ч докладов.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы: 171 страница машинописного текста, 62 рисунка, 23 таблицы, 83 цитируемых источника
Автор выражает благодарность заслуженному деятелю науки РФ, заведующему кафедрой РиІІАМ, д.т.н., пр»ф. Баранову В.Л. за внимание к работе, полезные обсуждения результатов я моральную поддержку, а так же доц., д.т.ч. Лоне И.В. и доц., к.т.и. Егорову Н.А. за консультации по техническим вопросам.
