Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОЦЕССА ДЕФОРМАЦИОННОГО
ПЛАКИРОВАНИЯ ГИБКИМ ИНСТРУМЕНТОМ (ДПГИ) 8
Принципиальные схемы и основные особенности ДПГИ. . 8
Современный уровень теоретических и экспериментальных исследований ДПГИ 13
Анализ моделей расчета параметров деформационного плакирования изделий ... 13
Анализ результатов исследований теплового и напряженно-деформированного состояний
при ДПГИ 22
Анализ результатов исследований основных характеристик поверхностного слоя при обработке гибким инструментом 26
Влияние ДПГИ на эксплуатационные
свойства изделий 34
1.3. Уровень практической реализации ДПГИ
в промышленных условиях 3?
1.4. Цель и задачи исследований 38
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ ПРИ ДПГИ 40
2.1. Моделирование тепловых процессов при ДПГИ .... 40
2.1.1. Постановка и решение краевой задачи
определения нестационарных температурных
полей в изделиях при ДПГИ 40
2.1.2. Аналитическая модель определения теплового
состояния элемента из материала покрытия
при ДПГИ 47
2.2. Краевая задача оценки напряженно-деформированного
состояния поверхностного термопластического слоя при
деформационном плакировании цилиндрического тела . . .51
2.3. Выводы 60
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО И НАПРЯІЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЙ В ОЧАГЕ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ ДПГИ 62
3.1. Выбор рациональных схем плакирования с учетом
тепловых и деформационных условий реализации ДПГИ 62
3.2. Изменение теплового состояния изделий
в процессе плакирования 65
Результаты вычислительного эксперимента ... 65
Проверка адекватности модели 70
3.3. Расчет тепловых полей в элементе
из материала покрытия 72
Результаты вычислительного эксперимента ... 72
Проверка адекватности модели 75
Определение напряженно-деформированного состояния изделия при ДПГИ 77
Выводы 82
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ 86
4.1. Изменение механических характеристик
поверхностного слоя изделий при ДПГИ 86
Исследование геометрических характеристик плакированных слоев 95
Комплексная оценка состояния поверхности
после ДПГИ 100
4.4. Выводы 107
5. ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ИЗДЕЛИЙ 109
5.1. Методика выбора рациональных режимов плакирования
для получения поверхностных слоев с заданным
уровнем характеристик .... 109
5.2. Уменьшение износа прокатных валков и их
подшипников нанесением антифрикционных покрытий
методом ДПГИ 112
5.2.1. Повышение износостойкости промежуточных
валков одноклетевого реверсивного стана
700 Э 113
Повышение стойкости подшипников скольжения открытого типа штрипсового стана 300 . . . 116
Применение ДПГИ для улучшения вибрационных характеристик и увеличения ресурса подшипников качения 117
5.3. Восстановление размеров и эксплуатационных
свойств деталей машин нанесением покрытий
гибким инструментом 121
Перспективы использования ДПГИ для повышения коррозионной стойкости стальных изделий 123
Выводы 126
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 128
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 130
ПРИЛОЖЕНИЯ 145
Введение к работе
Одним из перспективных направлений получения металлопродукции с требуемым уровнем эксплуатационных свойств, таких как износостойкость, контактная жесткость, статическая и динамическая прочность, сопротивление коррозии и эрозии, является управляемое и целенаправленное формирование микрорельефа, механических свойств и структуры ее поверхностных слоев.
В последние годы в промышленности все более широкое распространение получает простой, высокопроизводительный и экологически чистый метод деформационного плакирования гибким инструментом (ДПГИ). При ДПГИ, как и при других способах обработки металлов давлением, в зоне деформации возникают сложные картины теплового и напряженно-деформированного состояния, определяющие возможность схватывания и направленного переноса металла при трении, интенсивность упрочнения и другие физико-химические процессы, сопутствующие формированию поверхностного слоя и влияющие в конечном счете на надежность и долговечность металлопродукции.
Несмотря на то, что приоритет первого изобретения данного способа относится к 1937 году, свое теоретическое и экспериментальное развитие он получил только в настоящее время в работах сотрудников лаборатории триботехники МГМА под руководством канд.техн.наук Л.С.Белевского. В исследованиях Л.С.Белевского, В.П.Анцупова, И.И.Ошеверова, В.И.Кадошникова, С.И.Кадченко, А.Н.Завалищина, В.А.Досманова и др. разработан целый комплекс установок для реализации процесса плакирования, проведены обширные экспериментальные исследования структуры, состава и свойств поверхностных плакированных
слоев, дано описание геометрических, кинематических, энергосиловых
параметров процесса, предложен новый оригинальный подход к расчету напряженно-деформированного состояния поверхностного пластического слоя, возникающего при данном виде обработки.
В результате практического применения способа получены значительные успехи в улучшении эксплуатационных свойств длинномерных изделий и деталей различного механического оборудования.
Современный уровень исследований ДПГЙ позволяет поставить задачу разработки рациональных режимов плакирования для получения поверхностных слоев с заданным уровнем характеристик.
На решение этой актуальной научной задачи направлена данная диссертационная работа, целью которой является исследование теплового и напряженно-деформационного состояния в очаге деформации при плакировании цилиндрического тела для формирования поверхностного слоя с требуемым уровнем геометрических и механических характеристик.
Для достижения указанной цели был создан комплекс математических моделей, позволяющих определить физические поля (температур,напряжений, деформаций) в изделии и элементе из материала покрытия, а также основные характеристики сформированного поверхностного слоя, в частности, толщину покрытия и пластически деформированного слоя основы, степень использования запаса пластичности, величину и знак остаточных напряжений и степень наклепа.
Разработанные математические модели и графическая интерпретация расчетов по ним положены в основу алгоритма выбора рациональных режимов плакирования, включающего следующие операции:
анализ условий работы изделия и определение эксплуатационного свойства, подлежащего улучшению;
выбор и определение диапазона значений характеристик поверхностного слоя, соответствующих требуемым эксплуатационным свойствам;
выбор материала покрытия и схемы плакирования;
оценку тепловых, деформационных, геометрических (размерных) и дополнительных ограничений ДПГИ;
поиск необходимого соотношения режимных параметров, обеспечивающих выбранный уровень характеристик поверхностного слоя.
На основе предложенного подхода к поиску рациональных режимов плакирования разработан и апробирован ряд новых "ДПГИ-технологий".
Применение деформированного плакирования для повышения стойкости прокатных валков и их подшипников в АО "ММК" позволило в 1,5--8 раз увеличить долговечность обработанных узлов и предотвратить появление дефектов металлопроката.
На Еманжелинском ремонтном заводе внедрена "ДПГИ-технология" восстановления размеров и эксплуатационных свойств изношенных прецизионных пар трения.
Полученные алгоритмы и программы для ЭВМ, результаты вычислительных и лабораторных экспериментов, номограммы и корреляционные уравнения, предложенный подход к определению рациональных режимов плакирования могут найти дальнейшее применение при разработке технологических процессов с использованием операции деформационного плакирования гибким инструментом.
Работа выполнена на кафедре механического оборудования металлургических заводов Магнитогорской государственной горно-металлургической академии им.Г.И.Носова.
