Введение к работе
Актуальность темы. В современном машиностроении изготавливаются детали сложной формы типа стоек шасси из штампово-сварных и литых заготовок. Эти детали работают в условиях интенсивных статических и динамических нагрузок, поэтому все их поверхности подвергаются термическому и поверхностно-пластическому упрочнению Часть наружных поверхностей деталей, не обрабатываемых резанием, имеют дефектный слой толщиной 50-100 мкм с высотой неровностей Rz 25 - 30 мкм и волнистостью Wz 50 - 75 мкм. Выполнять операции упрочнения по дефектному слою не допускается из-за снижения в этом случае усталостной прочности и долговечности. Абразивная зачистка дефектного слоя кинематически закрепленным инструментом на станках затруднительна из-за сложной формы поверхностей. Ручная зачистка пневматическим инструментом трудоемка, не обеспечивает равномерности, возможны прижоги. Наибольшая эффективность зачистной и упрочняющей обработки деталей типа стоек шасси достигается при черновой и чистовой виброабразивной обработке с последующим виброударным упрочнением. Из-за отсутствия кинематической связи инструментальной среды с деталью и станком, виброударного характера их взаимодействия и сложной конфигурации детали - на некоторых ее участках наблюдается недостаточная интенсивность, большие погрешности (неравномерность) съема металла, формирования остаточных напряжений, снижение исходной шероховатости. Отклонения указанных параметров качества поверхностного слоя выше допустимых значений снижают реальную усталостную прочность, долговечность и надежность стоек шасси.
Попытки повысить интенсивность съема дефектного слоя за счет увеличения зернистости абразивных гранул и продолжительности обработки повышают износ инструмента и достигаемую высоту неровностей. Стремление повысить интенсивность упрочнения за счет увеличения амплитуд колебаний приводит к форсированию режимов оборудования и сокращению его надежности и ресурса. Достижение равномерности обработки за счет вращения детали связано с конструктивной сложностью оснастки; при переустановке детали низкая эффективность связана с большим временем вспомогательных операций. Использование виброэлектрохимической обработки для повышения съема на финишных операциях нецелесообразно из-за межзеренного окисления и снижения усталостной прочности
В настоящей работе повышение интенсивности и равномерности виброабразивной обработки детали с закреплением решается следующим образом. В замкнутом объеме контейнера осуществляет-
ся поджатие вибрирующей инструментальной среды за счет изменения ее дозированного объема, в результате чего увеличивается усилие прижатия инструментальной среды к детали в момент соударения и продолжительность виброударного контакта. А детали сообщаются угловые колебания, в результате этого путь скольжения частиц инструментальной среды относительно поверхности детали возрастает. Вследствие этих воздействий вероятность микрорезания и съема металла повышается. Для повышения интенсивности и равномерности виброабразивной и виброупрочняющей обработки помимо этого используются экраны и реверс вращения вибратора.
Целью работы является повышение интенсивности и равномерности формирования съема, шероховатости и сжимающих остаточных напряжений на элементарных участках деталей типа стоек шасси при их виброабразивной и виброупрочняющей обработке с закреплением без форсирования режимов работы оборудования за счет угловых колебаний, дозированного объема инструментальной среды, положения и формы экранов, реверса вращения вибратора.
Основные задачи исследования.
Разработать метод теоретического определения интенсивности и равномерности съема дефектного слоя, формирования шероховатости и остаточных напряжений на конечном множестве участков детали с учетом режимных параметров виброабразивной и виброупрочняющей обработки (амплитуды и частоты плоских и угловых колебаний, объема инструментальной среды, положения и формы экранов, смены направления вращения вибратора) и ее конструктивных особенностей.
Теоретически исследовать закономерности влияния режимных параметров виброабразивной и виброупрочняющей обработки на скоростные и энергетические параметры процесса на элементарных участках детали.
Теоретически исследовать закономерности влияния режимных параметров виброабразивной и виброупрочняющей обработки на интенсивность и равномерность съема дефектного слоя, формирования высоты неровностей, остаточных напряжений на элементарных участках детали типа стойки шасси.
Разработать алгоритм проектирования режимных параметров виброабразивной и виброупрочняющей обработки в зависимости от требуемых технологических параметров. Экспериментально проверить достоверность теоретически выбранных режимов на примере макета фрагмента стойки шасси.
Объект исследования - технологии и оборудование для виброабразивной и виброупрочняющей обработки с закреплением деталей типа стоек шасси.
Предмет исследования - закономерности влияния режимных параметров виброабразивной и виброупрочняющей обработки на формирование съема металла, высоты неровностей и остаточных напряжений на элементарных участках деталей типа стойки шасси с учетом конструктивных особенностей.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Усовершенствована математическая модель процесса виброударной обработки с закреплением, отличающаяся учетом угловых колебаний детали, позволяющая оценивать энергосиловые параметры процесса и параметры качества поверхностного слоя, выявлять на этапе проектирования технологи проблемные участки, определять режимные параметры, обеспечивающие повышение интенсивности и равномерности обработки.
Установлены закономерности избирательного и комплексного влияния плоских и угловых колебаний, заполнения контейнера инструментальной средой, формы и расположения экранов, реверса вращения вибратора на распределение съема дефектного слоя; шероховатости и остаточных напряжений на элементарных участках детали.
На защиту выносятся:
- математические модели интенсивности и равномерности
формирования съема металла, формирования шероховатости и оста
точных напряжений на элементарных участках детали;
закономерности влияния амплитуд и частоты плоскостных и угловых колебаний, объема инструментальной среды, положения и формы экранов, реверса вибратора на скоростные и энергетические параметры процесса на участках деталей тип стойки шасси;
закономерности влияния амплитуд и частоты плоскостных и угловых колебаний, объема инструментальной среды, положения и формы экранов, реверса вибратора на интенсивность и равномерность съема металла, высоту неровностей и остаточные напряжения на элементарных участках деталей типа стойки шасси;
алгоритм проектирования режимных параметров виброабразивной и виброупрочняющей обработки в зависимости от требуемых технологических параметров Результаты экспериментальной оценки его достоверности.
Методы исследования. Использовались теоретические основы технологии машиностроения, абразивной и упрочняющей обработки; методы динамики виброударных систем и математического моделирования; экспериментального исследования съема металла, шероховатости и остаточных напряжений с использованием образцов из стали ЗОХГСНА и др.
Достоверность результатов обеспечивается корректностью постановки задач и методов исследований, экспериментальной проверкой адекватности результатов теоретических исследований
Практическая значимость работы. Повышается интенсивность и равномерность формирования съема дефектного слоя, шероховатости и остаточных напряжений при виброабразивной обработке и виброударном упрочнении деталей типа стойки шасси без форсирования режимов работы, сокращения затрат на отработку технологий.
Реализация результатов работы. Результаты исследований используются при проектирования технологий обработки деталей, в учебном процессе ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» по курсу "Технология машиностроения" Работа выполнена в соответствии с планом ГБ НИР 2004 15 №0120 0, 412912 «Исследование процессов и средств технологического оснащения прогрессивных технологий» и основным научным направлением ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет» "Наукоемкие технологии в машиностроении, авиастроении и ракето-космической технике"
Апробация работы. Результаты работы докладывались на II Международной научно-технической конференции СИНТ-03 «Разработка, производство и эксплуатация турбонасосных агрегатов» (Воронеж, 2003), II Международном научно-техническом симпозиуме «Механизмы ударного и вибрационного действия» (Орел, 2003); Международной научно-технической интернет-конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения» (Орел, 2004), научно-технических семинарах «Применение низкочастотных колебаний в технологиях» (Ростов на Дону, 2004; 2006); VI и VII Международных научно-технических конференциях «Авиакосмические технологии» (Воронеж, 2005, 2006), научном семинаре кафедры «Технология машиностроения и конструк-торско-технологическая информатика» (Орел, 2007)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК РФ
В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат. [1-4] изучение влияния режимов на интенсивность и равномерность обработки, [2, 3] разработка методик исследований, [4-Ю] проведение экспериментов и их анализ
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и списка литературы из 106 наименований. Основная часть работы изложена на 173 страницах, содержит 98 рисунков, 8 таблиц и 2 приложения
Похожие диссертации на Повышение интенсивности и равномерности виброабразивной и виброупрочняющей обработки стоек шасси
