Содержание к диссертации
Введение
1. Постановка проблемы. цель и задачи исследования 14
1.1. Формулировка проблемы, обоснование объема и последовательности выполнения научно-исследовательских работ 14
1.2. Определение целесообразности восстановления упругих элементов 22
1.3. Виды и анализ условий работы упругих элементов 30
1.4. Основные дефекты деталей-представителей и систематизация существующих способов восстановления 47
1.5. Основные положения рабочей гипотезы. Выводы, цель и задачи исследования 63
2. Разработка теоретического обоснования совершенствования технологических процессов восстановления упругих элементов 68
2.1. Теоретическое обоснование универсального комплекса технологических операций восстановления упругих элементов 68
2.2. Аналитическое обоснование способа восстановления винтовых пружин 75
2.3. Математическое моделирование способа восстановления рессорных листов 84
2.4. Теоретическое обоснование способа восстановления торсионных валов 92
2.5. Выводы 98
3. Аналитические принципы проектирования технологий и конструирования оснастки для восстановления упругих элементов 102
3.1. Особенности конструирования устройств для восстановления винтовых пружин 102
3.2. Принципы конструирования устройств для восстановления рессорных листов 113
3.3. Конструирование инструмента и оснастки для восстановления торсионных валов 120
3.4. Разработка технологических процессов восстановления упругих элементов 128
3.5. Выводы 129
4. Общие и частные методики исследования технологических процессов восстановления упругих элементов 131
4.1. Методика исследования технического состояния упругих элементов 132
4.1.1. Методика исследования дефектов упругих элементов 133
4.2. Методика исследования влияния режимов технологии восстановления на параметры упругих элементов 139
4.2.1. Методика исследования влияния режимов восстановления на рабочие параметры винтовых пружин 141
4.2.2. Методика исследования влияния режимов восстановления на параметры рессорных листов 142
4.2.3. Методика исследования влияния режимов восстановления на рабочие параметры торсионных валов 143
4.3. Методика сравнительной оценки физико-механических свойств материала восстановленных деталей 145
4.4. Методика прочностных и эксплуатационных испытаний 147
4.4.1. Методика исследований релаксации напряжений в упругих элементах при статическом и динамическом нагружениях 148
4.4.2. Методика износных и усталостных испытаний 155
4.4.3. Методика эксплуатационных испытаний 159
5. Исследование влияния режимов технологических процессов восстановления на физико-механические свойства материала и рабочие параметры восстановленных упругих элементов 160
5.1. Характеристика технического состояния упругих элементов 160
5.2. Результаты математического моделирования при выборе рекомендуемых режимов восстановления 161
5.2.1. Оценка влияния режимов восстановления на параметры винтовых пружин 161
5.2.2. Исследование влияния режимов восстановления на параметры рессорных листов 169
5.2.3. Влияние режимов восстановления на параметры торсионных валов 155
5.3. Экспериментальная проверка технологических процессов восстановления упругих элементов 181
5.3.1. Механические показатели качества 181
5.3.2. Физические показатели качества 189
5.3.3. Структурные показатели качества 201
5.4. Результаты прочностных и эксплуатационных испытаний 208
5.5. Выводы 219
6. Внедрение результатов исследований в производство и их технико-экономическая оценка 221
6.1. Результаты внедрения рекомендаций и технологических процессов в производство 221
6.2. Технико-экономическая эффективность результатов исследований 224
Общие выводы 229
Список литературы 232
Приложения 254
- Определение целесообразности восстановления упругих элементов
- Аналитическое обоснование способа восстановления винтовых пружин
- Принципы конструирования устройств для восстановления рессорных листов
- Методика исследования влияния режимов технологии восстановления на параметры упругих элементов
Введение к работе
Современная система технического сервиса испытывает потребность в обновлении материально-технической базы, включающей в себя ремонтные предприятия, обеспеченные высококвалифицированными кадрами, передовыми технологиями, оборудованием, нормативно-технической и технологической документацией. Не так давно в нашей стране успешно действовала трех-звенная ремонтно-обслуживающая база аграрно-промышленного комплекса, в которую входили 160 заводов, 25 тыс. мастерских, 2300 станций технического обслуживания и 15 тыс. обменных пунктов. На сегодняшний день в этой системе остались на 10-15 % загруженные заводы и спецмастерские, на 20-30 % своей производственной мощности работают 1600 ремонтно-технологических предприятий и около 20 тыс. мастерских хозяйств, в которых вместе с механизаторами заняты порядка 250 тыс. ремонтных рабочих. Еще действует существенно ослабленная служба агросервиса районного уровня, которая быстро теряет своих клиентов из-за отсутствия у товаропроизводителей денежных средств [1]. Практически вся техника либо побывала в капитальном ремонте, либо нуждается в нем. На ремонт и техническое обслуживание затрачивается до 15 % всей валовой продукции сельского хозяйства [2]. Расходы на приобретение новых запасных частей в 2000 г. возросли в 3 раза по сравнению с 1990 г. и составили около 10 млрд руб. Доля неисправных новых машин при их поставке потребителям возросла с 16 до 60 %. За период 1990-1996 гг. производство тракторов сократилось в 10 раз, зерноуборочных комбайнов — в 11, плугов - в 26, культиваторов — в 40, сеялок - в 50 раз [3].
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации и Российская Академия сельскохозяйственных наук разработали проект Федеральной целевой программы стабилизации и развития инженерно-технической сферы агропромышленного комплекса России на 2001-2007 гг. [4], которая предусматривает приобретение импортной более производительной техники, позво-
7 ляющей поднять нормативную нагрузку на машины в 2-2,5 раза и компенсировать дефицит тракторов и зерноуборочных комбайнов. Однако на сегодняшний день доля высокопроизводительных современных машин составляет всего 3 % из-за их высокой стоимости [5].
В этих условиях одним из путей уменьшения материальных потерь в сфере производства сельскохозяйственной продукции является применение прогрессивных технологий восстановления деталей автотракторной и сельскохозяйственной техники [б].
Целесообразность проведения научно-исследовательских работ в этом направлении обусловлена высокой стоимостью запасных частей, составляющей более 60 % в общей сумме затрат на ремонт, многократным снижением объема их производства, а также доступной для потребителя себестоимостью восстановленных деталей, составляющей 10-75 % стоимости новых, и достаточно высоким уровнем их надежности [7, 8]. В условиях рыночных отношений конкурентоспособными могут быть только безотходные, универсальные н быстроокупаемые технологии. Это вызывает необходимость создания новых технологических процессов, обеспечивающих комплексное устранение всех дефектов, кроме аварийных, с одновременным сохранением или улучшением первоначальной структуры и физико-механических свойств материала деталей [9]. Особенно это касается металлоемких деталей, ресурс которых ниже ре-сурса машины в целом. До настоящего времени они подвергались энергоемкой переплавке.
При возрастании доли восстановленных деталей в общем объеме поставок запчастей в ближайшие 5-7 лет до 30-35 % экономия металла может превысить уровень 1989 г. и достичь 800-900 тыс. т.
При разработке новых способов восстановления необходимо руководствоваться следующими принципами:
Рабочие параметры восстановленных деталей должны удовлетворять требованиям рабочего чертежа и технических условий на их изготовление.
Наращенный на поверхность или упрочненный слой металла должен иметь физическое сцепление с основой.
Условия восстановления должны быть стационарными и не изменяться во времени.
Процесс восстановления должен быть высокопроизводительным, максимально приближенным к процессу заводского изготовления, экономичным и управляемым.
Этим принципам отвечают новые технологические процессы восстановления винтовых пружин, листовых рессор и торсионных валов электромеханической обработкой, совмещенной с деформированием (растяжением, сжатием, изгибом или кручением), разработанные во ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» на кафедрах «Надежность и ремонт машин» и «Процессы и аппараты пищевых производств» при непосредственном участии автора.
Актуальность темы подтверждается наличием значительной доли уста-ревших и не пригодных к эксплуатации машин в составе машинно-тракторного парка, ростом потребности в запасных частях, медленным тем-
/
пом замены нуждающейся в капитальном ремонте и подлежащей списанию техники, а также отсутствием эффективных технологий, обеспечивающих восстановление рабочих параметров и возобновление ресурса предельно изношенных упругих элементов.
Объекты исследований. Технологические процессы восстановления рабочих параметров, улучшения физико-механических свойств материала и возобновления ресурса упругих элементов.
Предметы исследований: детали группы упругих элементов — пружины, рессорные листы и торсионные валы.
В ходе исследований решалась научно-техническая и народнохозяйственная проблема снижения расходов на ремонт мобильной сельскохозяйственной техники путем разработки теоретических и технологических положений, являющихся базой для совершенствования технологий и средств восстановления параметров, улучшения физико-механических свойств материала и возобновления ресурса изношенных упругих элементов.
Работа выполнена в соответствии с концепцией и программой развития АПК Саратовской области на 1997-2000 гг.; программой Министерства сельского хозяйства РФ № 479 Р "Об обеспечении предприятий АПК оборудованием, машинами и запасными частями до 2000 года", утвержденной 14.04.1997 г.; комплексной темой №5 НИР Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И. Вавилова «Повышение надежности и эффективности использования мобильной техники в сельском хозяйстве», раздел 12 «Механика и процессы агроинженерных систем, создание техники и энергетики нового поколения и формирование эффективной инженерно-технологической инфраструктуры АПК»; научным направлением 1.2.9 «Комплексной региональной программы развития научно-технического прогресса в АПК Поволжского региона на 20 лет до 2010 г.» № 840005200, с учетом «Концепции развития ремонта техники на базе восстановления и упрочнения деталей машин» № 9/24 от 11.04.2001 г., разработанной ВНИИТУВИД «Рем-деталь».
Научные положения и результаты работы, выносимые на защиту:
Математическая модель процесса изменения рабочих параметров упругих элементов при эксплуатации.
Теоретическое обоснование универсального комплекса технологических операций, необходимых и достаточных для восстановления рабочих параметров, улучшения физико-механических свойств материала и возобновления ресурса предельно изношенных упругих элементов, различных по конструкции и условиям нагружения.
Теоретические положения и закономерности процессов восстановления рабочих параметров и улучшения физико-механических свойств материала упругих элементов электромеханической обработкой, совмещенной с деформированием.
Результаты экспериментально-аналитического моделирования разработанных технологических процессов восстановления упругих элементов и выбора рекомендуемых режимов восстановления винтовых пружин, рессорных листов и торсионных валов.
Рекомендации по формированию гарантированных показателей качества восстановленных деталей и промышленной реализации технологий восстановления пружин, рессор и торсионных валов.
Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к решению проблемы снижения расходов на ремонт сельскохозяйственной техники совершенствованием технологии восстановления за счет возобновления ресурса и повышения долговечности упругих элементов электромеханической обработкой, совмещенной с деформированием, и подтверждается следующим:
разработаны теоретические положения совершенствования технологий и средств восстановления рабочих параметров и возобновления ресурса упругих элементов, заключающиеся в аналитическом обосновании универсального комплекса технологических операций, включающего в себя деформирование упругого элемента в направлении, обратном направлению нагру-жения при эксплуатации, нагрев, поверхностное пластическое деформирование, закалку и отпуск;
определены энерго-силовые параметры непрерывно-последовательной высокотемпературной термомеханической обработки каждого сечения упругого элемента, совмещенной с деформированием (растяжением, сжатием, изгибом или кручением);
обоснованы и разработаны новые способы восстановления упругих элементов, параметры устройств для их осуществления, а также технологии
для их реализации, обеспечивающие восстановление упругих характеристик, сохранение начальной формы и уровня качества изделия (подтверждено а.с. № 1038030,1055574, 1059482, № 1167221, пат. РФ № 2161276) [14-18].
исследован механизм и созданы математические модели влияния параметров нагрева, поверхностного пластического деформирования и скорости обработки на упругость, жесткость, потенциальную энергию, высоту, прогиб, угол закручивания и релаксационную стойкость восстановленных упругих элементов;
разработаны аналитические принципы проектирования технологических процессов, конструирования оборудования и оснастки для восстановления упругих элементов.
Практическая ценность работы. По результатам исследований разработаны и внедрены в производство комплекты технологической документации, оборудование и оснастка позволяющие:
комплексно устранять дефекты предельно изношенных упругих элементов сельскохозяйственной техники с восстановлением рабочих параметров и возобновлением ресурса;
разрабатывать новые технологические процессы восстановления, основанные на непрерывно-последовательной высокотемпературной термомс-хаиической обработке каждого сечения упругого элемента в сочетании с обратным эксплуатационному деформированием (растяжением, сжатием, изгибом или кручением);
назначать оптимальные режимы восстановления деталей электромеханической обработкой, гарантирующие уровень качества изделия сопоставимый с уровнем качества новой детали.
Разработаны и изданы рекомендации по внедрению новых ресурсосберегающих технологических процессов в виде монографии «Совершенствование технологических процессов восстановления упругих элементов» (Саратов: Изд-во СГУ, 2002).
12 Реализация результатов исследований. Технологические процессы восстановления винтовых цилиндрических пружин, листовых рессор и торсионных валов электромеханической обработкой внедрены в период с 1984 по 2000 гг. на Энгельсском авторемонтном заводе ПО «Саратовсельхозтехника», авторемонтном заводе «Захаркинский» ПО «Саратовагропромремонт», на автотранспортном комбинате «Приволжскгазпромстрой», в акционерном обществе «Пензаавтотранс», на государственных унитарных предприятиях «Бала-ковское ПАТГ1», «Марксовское АТП», «Ершовское АТП», «Хвалынское АТП», в открытых акционерных обществах «АК-1428» и «АТП-6» Саратовской области.
. Апробация работы. Результаты работы были доложены, обсуждены и получили положительную оценку:
на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов СИМСХ (г. Саратов, 1982-1994 гг.), СГАУ (г.Саратов, 1994-1998 гг.), СГАУ им. Н.И. Вавилова (г. Саратов 1998-2002 гг.), МИИСП им. В.П. Горячкина (г. Москва, 1983 г.), АЧИМСХ (г. Зерноград, 1983 г.), БИМСХ (г. Минск, 1991 г.);
на Международном научно-техническом семинаре «Улучшение эксплуатационных показателей двигателей, тракторов и автомобилей» (Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, 2000 г.);
на Международной научно-практической конференции «Технический сервис машин» (Орловский государственный аграрный университет, 2000 г.);
на Международной научно-технической конференции «Новые материалы и технологии на рубеже веков» (Пензенский государственный университет, 2000 г.);
на Международном научно-техническом семинаре «Проблемы экономичности и эксплуатации двигателей внутреннего сгорания в АПК СНГ»
13 (Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова,
* 2000 г.);
на Международной научно-практической конференции «Развитие села и социальная политика в условиях рыночной экономики» (Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина, 2000 г.);
на итоговой научно-практической конференции «Научные достижения — развитию агропромышленного комплекса» (Ивановская государствен-
, ная сельскохозяйственная академия, 2000 г.);
ф - на научно-техническом совете Департамента технической политики
Министерства сельского хозяйства РФ (Москва, 2001 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 52 печатные работы, в том числе: 1 монография с подробным изложением материалов диссертации, и получены 4 авторских свидетельства и 1 патент на изобретение, 26 статей в центральной печати общим объемом 19,9 печ. л., в том числе 15,7 печ. л. принадлежат лично соискателю.
В работе использованы материалы и результаты исследований автора и
* результаты, полученные совместно с сотрудниками кафедры «Надежность и
ремонт машин» СГАУ им. Н.И. Вавилова.*
, Структура и объем диссертации. Диссертация изложена иа 36,6 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести разделов, выводов и предложений, включает в себя 5 таблиц, 102 рисунка. Список литературы содержит 255 наименований.
* В решении отдельных вопросов в основном связанных с проведением экспериментальных исследований принимали участие аспиранты и соискатели Хохлов А.Б., Кузнецов В.Ф., Нестеров П.В.
Определение целесообразности восстановления упругих элементов
При определении целесообразности и выборе рекомендуемого сочетания параметров технологических процессов восстановления упругих элементов находят оптимальное соотношение между трудовыми, материальными, энергетическими, финансовыми ресурсами и физическими, структурными и механическими свойствами деталей. Учитываются также производительность технологии и программа восстановления, причем функция цели перечисленных факторов должна стремиться к минимуму, а технология восстановления металлоемких ресурсоопределяющих деталей должна быть максимально приближена к методу их изготовления [83].
Упругие элементы составляют группу деталей, при эксплуатации которых имеют место циклические, нестационарные тепловые и механические на-гружения, характеризующиеся процессами упругопластических деформаций. Зависимость долговечности при циклическом нагружении от характеристик механических свойств материала детали позволяет на основе прогноза ресурса и долговечности восстановленной детали рекомендовать технологию сё восстановления [84].
Решение о целесообразности восстановления упругих элементов принимается после определения причин и механизмов возникновения дефектов, анализа технологических приемов, позволяющих возобновить ресурс и требуемые физико-механические свойства материала, а также предварительного расчета технико-экономической эффективности. Круг рассматриваемых вопросов позволяет определить перечень требований, которым должна удовлетворять технология восстановления.
Упругие элементы в процессе эксплуатации испытывают действие переменных напряжений. При накоплении числа действий переменных напря жений в металле наблюдаются необратимые изменения. В процессе эксплуатации в результате накопления повреждений и перехода части упругой деформации в пластическую происходят процессы релаксации напряжений. , Дальнейшее накопление повреждений приводит к необратимым изменениям, проявляющимся в виде образования усталостных трещин и последующего разрушения детали.
Рассмотрение шкалы времени эксплуатации различных механизмов машин и установленных в них упругих элементов позволило определить последовательность действия механизмов изнашивания. Установлено, что процессы релаксации напряжений, сопровождающиеся снижением рабочих параметров упругих элементов, при котором сборочные единицы теряют показатели работоспособности, происходят значительно ранее, чем процессы накопления повреждений, приводящие к усталостному разрушению (рис. 1.2).
Согласно определению, релаксация — это изменение во времени усилий и напряжений в деталях, деформация которых зафиксирована связями. И.А. Одинг дал определение релаксации как процесса самопроизвольного падения напряжений в результате перехода части упругой деформации в пластическую [85].
Схематически процесс релаксации напряжений изображается в виде кривой, имеющей два участка: на первом снижение напряжений в упругом элементе происходит быстро, на втором - замедленно. Имеются различные исследования природы релаксации на первом и втором участках. В некоторых работах предполагается, что первая стадия релаксации — это результат диффузионных процессов, протекающих на границах зерен поликристаллического металла. Вторая стадия релаксации объясняется сдвиговыми процессами, протекающими в теле зерна металла.
Сдвиговые процессы включают в себя нормальный сдвиг и двойнико-вание. Нормальный сдвиговый процесс рассматривается как смещение одной части кристалла по отношению к другой [86].
Видимые в микроскоп линии сдвига представляют собой ряд пачек скольжения. Согласно дислокационной теории, сдвиговые процессы в кристаллической решетке совершаются при наличии линейных несовершенств решетки — дислокаций [87].
Дислокационная теория объясняет многие стороны процесса пластической деформации: незначительную величину действительных напряжений сдвига по сравнению с теоретическими, упрочнение при наклепе и при деформационном старении, усталость металлов, внутреннее трение и строение границ зерен. Диффузионные процессы пластической деформации и релаксации напряжений включают в себя диффузионную пластичность, растворно-осадительный механизм и дислокационно-диффузионный механизм. С одной стороны, процессы диффузии могут ускорять протекание пластической деформации сдвиговым путем вследствие освобождения дислокаций, задержанных различными препятствиями, перемещения дислокаций в другую плоскость скольжения, не заблокированную препятствиями. С другой стороны, диффузия может играть самостоятельную роль в пластической деформации.
Аналитическое обоснование способа восстановления винтовых пружин
Из всего многообразия упругих элементов, применяемых в тракторах, автомобилях и сельскохозяйственных машинах, наиболее массовыми, работающими в условиях высоких температур и интенсивного циклического нагружения, являются винтовые пружины.
Важными рабочими параметрами винтовых пружин являются упругость- осевая сила Р, возникающая при сжатии пружины, и осевая деформация Л, возникающая в пружине при приложении осевой силы Р. Отметим, что рабочими параметрами любой винтовой пружины являются: сила Р/ предварительного сжатия, обеспечивающая начальное нагружение механизма; сила Pj рабочего сжатия, обеспечивающая гашение динамических нагрузок.
Зависимость между упругостью Р и осевой деформацией Я графически изображается линией, наклоненной к оси абсцисс под углом or, и называется характеристикой пружины [196-198].
При эксплуатации изменяются рабочие параметры и физико-механические свойства материала винтовых пружин. Сравнение положений характеристики 1 новой пружины и характеристики 2 пружины, отработавшей ресурс (рис. 2.2), показывает, что при эксплуатации часть упругой деформации переходит в пластическую. При этом снижаются величина потенциальной энергии и расчетные значения усилий Pi и Р2.
Для восстановления пружины её необходимо подвергнуть комплексу технологических операций, которые позволят повысить её потенциальную энергию до величины новой. Процесс совмещения характеристик можно описать аналитически.
Потенциальная энергия восстановленной пружины LJeoccm по величине должна быть равна потенциальной энергии новой пружины U„ и определяется по формуле (2.1) как сумма остаточной потенциальной энергии Uocm пружины, отработавшей ресурс, приращения потенциальной энергии At/, приобретенного в результате пластической деформации пружины в направлении, обратном направлению нагружеиия при эксплуатации и приращения потенциальной энергии UAG- приобретенного в результате воздействия на пружину технологических операций, повышающих упругие свойства материала.
Остаточная потенциальная энергия UaCM пружины, отработавшей ресурс, определяется по формуле: где Рост — осевое усилие, возникающее в сечении прутка пружины, отработавшей ресурс, при её деформации Хост до ограничителя хода, Н; R — радиус навивки пружины, м; / — длина прутка, м; G\ — модуль упругости II рода материала пружины, МПа; г — радиус сечения прутка, м. Осевое усилие Рост возникающее при деформации пружины: где Хост - деформация пружины отработавшей ресурс до ограничителя хода, м; cti — угол подъема витков пружины после эксплуатации, град; п - число витков.
Остаточная потенциальная энергия Uocm пружины, отработавшей ресурс, с учетом осевого усилия Рост определяется по формуле:
Приращение потенциальной энергии AU пружины, отработавшей ресурс, при пластическом деформировании (растяжением, сжатием) на величину АХ в направлении, обратном направлению нагружения при эксплуатации, рассчитывается по формуле: где АР — приращение осевого усилия пружины, отработавшей ресурс, при её пластическом деформировании на величину АХ до длины новой пружины, Н; АА, — приращение длины пружины в свободном состоянии при её пластическом деформировании до длины новой пружины, м.
Величина приращения осевого усилия АР пружины, отработавшей ресурс, при ее пластическом деформировании (растяжение, сжатие) до длины новой пружины определяется по формуле: где а2 — приращение угла подъема витков пружины, отработавшей ресурс, деформированной на величину АЛ в сторону, противоположную направлению нагружения при эксплуатации до высоты новой пружины, град.
Принципы конструирования устройств для восстановления рессорных листов
При проектировании устройств для восстановления рессорных листов важно определить места расположения максимальных рабочих напряжений, так как именно в этих зонах наиболее интенсивно происходят процессы накопления повреждений, релаксации напряжений, что в итоге приводит к ухудшению рабочих параметров при эксплуатации. При расчете рессорного листа на прочность линейная деформация слоев материала в направлении осей % и у (рис. 3.7) не имеет существенного значения [196-198]. Теория изгиба применяется к балкам большой жесткости, упругие деформации которых настолько малы, что длину балки принимают одинаковой до и после деформации. Линейный закон распределения нормальных напряжений при изгибе и эпюра нормальных напряжений в поперечном сечении рессорного листа показывают, что в нейтральном слое нормальные напряжения отсутствуют. Наибольшие напряжения, оказывающие влияние на процессы накопление повреждений и релаксации, создаются в поверхностных слоях рессорного листа. Достижение в поверхностных слоях напряжения, равного пределу текучести, не означает нарушения прочности всей детали. Кроме поверхностных слоев, все прочие, менее напряженные слои, продолжают при этом работать в условиях упругой деформации. Учитывая то, что центральное упругое ядро неразрывно связано с поверхностными слоями внутренними силами взаимодействия, можно сделать вывод о том, что при 5тах = 5Т дальнейшее увеличение нагрузки не вызовет в крайних поверхностных слоях рессорного листа роста напряжений больше чем дт.
Нарастание нагрузки вызовет только постепенное распространение в глубь рессорного листа напряжений, равных пределу текучести. При дальнейшем увеличении нагрузки когда упругое ядро будет уничтожено вся деталь будет доведена до предельного состояния. Упрочнение всего сечения в результате повышения плотности дислокаций повышает предел прочности материала. Коэффициент запаса прочности 7i рессорного листа, отработавшего ресурс, рассчитывается по формуле (3.4). Так как после упрочнения 5В1 8ВХ, а рабочие напряжения в рессорном листе в силу постоянства конструкции и размеров до и после восстановления одинаковы, можно сделать вывод о том, что после восстановления в результате упрочнения материала коэффициент запаса прочности детали увеличится (рис. 3.8, а). Это позволяет прогнозировать увеличение ресурса за счет снижения скорости протекания процессов накопления повреждений и релаксация напряжений при эксплуатации. Поскольку действительные напряжения, возникающие в рессорном листе при эксплуатации, распределяются по линейному закону, то вполне достаточно упрочнить только поверхностные слои детали, так как сердцевина всегда недогружена (рис. 3.8, б).
Специфика электромеханического способа восстановления рессорных листов выдвигает ряд требований, которым должны удовлетворять инструмент и оснастка: нагрев, поверхностное пластическое деформирование и закалка (охлаждение) рессорных листов должны осуществляться одновременно; движение листа должно быть поступательным, без проскальзывания; возможность обработки листа по всей длине; а также листов различной толщины и с различными радиусами кривизны, регулирование режимов должно быть плавным. В соответствии с перечисленными требованиями сконструирована и изготовлена установка, состоящая из приспособления для гибки листов и машины для шовной сварки МШ-3201, используемой в качестве источника тока и силового привода деформирующего инструмента. Схема установки и ее общий вид показаны на рис. 3.9,3.10.
Методика исследования влияния режимов технологии восстановления на параметры упругих элементов
Массив экспериментальных данных, таких, как сила тока, усилие прижатия деформирующего инструмента, скорость электромеханической обработки, упругость, жесткость, высота, прогиб, потенциальная энергия и угол закручивания в свободном состоянии, характеризующие процесс восстановления упругих элементов, обрабатывали на ЭВМ Pentium II в пакете прикладных программ MathCAD PLUS 6.0 [235], позволяющих вычислить оценки коэффициентов уравнения регрессии.
Указанный программный пакет сводит к минимуму количество пересчетов коэффициентов уравнения регрессии. Блок-схема построения математической модели приведена на рис. 4.6. Проверка сходимости и уточнения коэффициентов проводилась тем же пакетом прикладных программ. Особенность метода состоит в том, что с помощью пакета MathCAD PLUS 6.0 можно достаточно быстро и точно просчитать коэффициенты уравнения, избежав многократного умножения и пересчета коэффициентов регрессии, а особенности интерактивной среды, работающей в системе WINDOWS, дают возможность компоновать приложения в документ, что позволяет относительно быстро и достаточно точно произвести сложные математические расчеты, а также оперативно их оформить в единое целое. Однородность дисперсии и гипотеза адекватности проверялись критерием Фишера [236] при 5 %-м уровне значимости [236].
Предлагаемая методика предполагает поэтапный подход к планированию эксперимента, включающий в себя выбор функции распределения, составление матрицы планирования, определение границ уровней факторов, предварительный, уточняющий и окончательный расчеты коэффициентов уравнения регрессии, проверку сходимости и построение графической модели, на поверхности которой находятся точки оптимума, указывающие наиболее благоприятное сочетание режимов восстановления, гарантирующие получение рабочих параметров восстановленных деталей в пределах, регламентированных нормативно-технической документацией [124 130].
Цель исследования — выявить математические модели влияния режимов восстановления на параметры пружин. В соответствии с формулировкой цели за параметры оптимизации приняты: высота пружины Н в свободном состоянии, м; упругость пружины — осевая сила Р, возникающая в пружине при сжатии её до определенной высоты, II.
Выбранные параметры оптимизации являются количественными, задаются числом. Можно их измерять при любой возможной комбинации режимов восстановления. Области определения параметров оптимизации непрерывные и ограниченные. Оба параметра выражаются одним числом и являются однозначными. Они действительно оценивают функционирование всей системы и имеют физический смысл.
Если под фактором понимать переменную величину, принимающую в некоторый момент времени определенное значение, то в данном случае существенными факторами являются xx—J — сила тока, x2—N — усилие прижатия роликов, хъ - АН — величина растяжения пружины. Все они являются управляемыми, операционными, совместимыми. На основе априорной информации, предварительных экспериментов и расчетов выбраны области определения: силы тока в интервале 1700-3500 А; силы прижатия роликов 250-500 Н; величины растяжения пружины 7,8-10 3-9,8-10 3м.
При выборе интервалов варьирования факторов учтены: точность фиксирования значения факторов; информация о кривизне поверхности отклика; информация о диапазоне изменения параметра оптимизации.
Параллельные опыты необходимы для исключения грубых наблюдений и оценки дисперсии воспроизводимости.
