Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ конструктивно-технологических особенностей прецизионных деталей агрегатов авиакосмической техники 10
1.1. Исследование основных причин возникновения отказов при эксплуатации пневмогидравлических систем (ПГС) 10
1.2. Классификационный анализ тонкостенных цилиндрических деталей по конструктивно-технологическим признакам 13
1.3. Анализ влияния на эксплуатационные свойства деталей параметров состояния поверхностного слоя и точности формы и выбор объекта исследований 19
1.4. Анализ влияния технологической наследственности на параметры поверхностного слоя ,29
1.5. Цель и задачи исследования 32
Глава 2. Анализ технологического наследования параметров поверхностного слоя прецизионных деталей летательных аппаратов . 34
2.1. Анализ закономерностей технологического наследования 34
2.2. Установление количественных связей технологического наследования 42
2.3. Формирование комплекса математических моделей технологического наследования 52
2.3.1. Анализ динамики наследования параметров шероховатости 54
2.3.2. Анализ динамики параметров волнистости поверхности 56
2.3.3. Анализ технологического наследования отклонения формы деталей кольцевого и цилиндрического типа неравной жесткости 58
2.3.4. Анализ динамики физико-механического состояния поверхностного слоя 60
2.3.5. Анализ процесса образования шероховатости при точении 63
2.3.6 Анализ процесса образования шероховатости при отделочно-
упрочняющей обработке 64
Выводы по главе 2 67
Глава 3. Имитационное моделирование технологических систем с учетом технологического наследования 68
3.1. Аналитический обзор основных принципов моделирования 68
3.2. Сравнительный анализ методов построения имитационных моделей 71
3.3. Построение типовой имитационной модели технологического наследования в среде MatLab Simulink 74
3.3.1 Построения геометрической модели образования шероховатости при точении 80
3.3.2 Создание подсистемы математической модели образования шероховатости при отдел очно-упрочняющей обработке 83
3.4. Проведение системного анализа технологической операции 85
Выводы по главе 3 89
Глава 4. Выбор управляющего звена ИМТН па основе анализа методов поверхностного пластического деформирования 90
4.1. Анализ методов ППД 90
4.2. Методика гармонического анализа отклонения формы от круглости 97
4.3. Методика моделирования напряженно-деформированного состояния прецизионных деталей неравной жесткости при локальном силовом воздействии 103
4.4. Имитационные и экспериментальные исследования управления формой маложестких деталей при воздействии ЛППД 111
4.5 Исследование влияния радиуса алмазного индеитора при ЛППД на точностные параметры маложестких деталей 120
4.6. Рекомендации по управлению технологическим наследованием отклонений формы неравножестких деталей 125
Выводы по главе 4 127
Основные результаты 128
Библиографический список
- Исследование основных причин возникновения отказов при эксплуатации пневмогидравлических систем (ПГС)
- Анализ закономерностей технологического наследования
- Аналитический обзор основных принципов моделирования
- Методика гармонического анализа отклонения формы от круглости
Введение к работе
Актуальность работы. Важнейшей проблемой отечественного машиностроения на современном этапе является повышение качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции.
Основными показателями качества изделий авиакосмической техники (АКТ) являются показатели назначения, надежности и безопасности. Эти показатели в значительной степени определяются эксплуатационными свойствами деталей и соединений: износостойкостью, контактной жесткостью, усталостной прочностью, коррозионной стойкостью, герметичностью соединений. Указанные свойства физически связаны с определенными конструктивными и технологическими параметрами качества применяемых материалов, механических свойств поверхностного слоя детали, геометрических параметров точности формы и качества обработки поверхностей деталей, которые, в свою очередь, определяются технологией их изготовления.
Один из наиболее действенных путей повышения показателей эксплутационных свойств деталей и соединений заключается в непрерывном совершенствовании методов обработки материалов и внедрении прогрессивных технологических процессов. В связи с этим в современном машиностроении придается большое значение созданию высокоэффективных технологических процессов.
Особенно актуальной данная проблема является в современном авиационном и космическом двигателестроении, где непрерывно возрастают масштабы применения высокоточных деталей сложных конструктивных форм. "Жесткие" допуски, назначаемые конструкторами и исчисляемые для прецизионных деталей микрометрами, уже с трудом обеспечиваются с помощью имеющихся технологических систем. В этих условиях возникает проблема: точность постоянно растет, а технологические системы не могут ее обеспечить. Необходимы новые резервы обеспечения ужесточающихся требований к деталям и изделиям. Мощным фактором в деле обеспечения требуемых выходных параметров и повышения качества работы высокоточных деталей является работа наследственных регуляторов, присущих технологическим системам.
Исключение особых причин и уменьшение вариаций процессов на основе применения известных статистических методов составляет лишь первый этап повышения качества и стабильности технологических систем. Только после завершения данного этапа можно переходить к более тонким исследованиям прецизионных деталей, связанным с учетом эффекта технологического наследования, иначе этот эффект будет неразличим среди большого количества общих причин, а его устранение не приведет к существенному повышению качества.
Управление технологической наследственностью необходимо вести таким образом, чтобы свойства, положительно влияющие на надежность детали, сохранялись в течение всего технологического процесса, а свойства, влияющие отрицательно, - были ликвидированы в его начале. Кроме того, учет технологической наследственности позволяет установить причины отклонений и условия регулирования параметров технологических процессов, в ходе которых формируются свойства деталей. В итоге такое управление обеспечивает значительное улучшение эксплуатационных свойств прецизионных деталей и способствует повышению надежности их работы.
Несмотря на высокую актуальность вопросов наследования в технологии производства прецизионных деталей, в настоящее время теория технологического наследования далека от завершения. Даже сами термины "технологическая наследственность" и "технологическое наследование" не имеют пока широкого распространения в среде инженеров-технологов. Отсутствует системный подход к выбору, назначению и технологическому обеспечению параметров качества поверхностного слоя.
На основе вышесказанного правомерно заключить, что решаемая в данной работе проблема является актуальной и практически востребованной.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Заключается в повышении точности изготовления прецизионных деталей пневмогидросистем рулевых механизмов авиационных и ракетных двигателей методом имитационного моделирования технологических процессов.
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, выносимые на защиту;
1. Концепция технологического наследования (ТН) применительно к процессам изготовления прецизионных деталей пневмогидросистем ДЛА.
2. Аналитические зависимости технологического наследования основных параметров поверхностного слоя и количественные связи передачи наследственных свойств.
Методика моделирования технологических процессов с учетом технологического наследования. Способы определения влияния коэффициентов ТН, методы управления ТН.
Имитационная модель технологического процесса изготовления прецизионных деталей ДЛА с учетом технологического наследования свойств и параметров, обеспечивающая возможность управления по различным законам, параметрами технологического процесса на любых этапа проектирования и выполнения процесса.
5. Подсистема управления наследованием отклонения формы рабочих поверхностей неравножестких тонкостенных деталей, реализующая автоматизированную процедуру имитационного моделирования поведения деталей сложной конструкции при воздействии локальным поверхносто- пластическим деформированием.
В основу выполненных исследований положена следующая теоретическая база: научные основы технологии машиностроения, разработанные д.т.н. проф. А.П. Соколовским; теория надежности машин, разработанная д.т.н. проф. А.С. Прониковым; теория технологической наследственности, разработанная д.т.н. проф. A.M. Дальским; теоретические основы технологического обеспечения параметров поверхностного слоя и эксплуатационных свойств деталей машин на стадии их изготовления, разработанные д.т.н. проф. Э.В. Рыжовым и получившие дальнейшее развитие в работах д.т.н. проф. А.Г. Суслова; научные основы и технологические принципы отделочно-упрочняющих методов обработки сплавов и покрытий поверхностно-пластическим деформированием (алмазное выглаживание) и комбинированными методами, разработанные д.т.н., проф. Л.А. Хворостухиным; теоретические основы механики поверхностно-пластического деформирования, разработанные д.т.н., проф. В.М. Смелянским.
НА УЧНАЯ НОВИЗНА
1. Установлены закономерности качественного и количественного проявления технологического наследования отклонений формы при изготовлении неравножестких деталей ПГС двигателей ЛА.
2. Сформирован концептуальный каскадный граф системы наследственных связей для технологического процесса изготовления прецизионных деталей ЛА, применяемый для построения математической модели и решения задач имитационного моделирования.
3. Впервые разработана имитационная модель технологического наследования, включающая в себя, в качестве подсистем, имитационные модели наследования основных параметров качества поверхностного слоя.
4. Разработаны рекомендации по управлению отклонениями формы для неравножестких деталей ПГС на основе имитационного моделирования и применения прогрессивных методов обработки. Все основные результаты получены автором лично.
Достоверность и обоснованность полученных результатов. Полученные в работе теоретические и практические результаты обоснованы использованием методов и средств математического моделирования, теории проектирования и технологии производства ДЛА. Достоверность результатов подтверждается хорошей сходимостью расчетных и экспериментальных показателей параметров поверхностного слоя прецизионных деталей ДЛА.
Практическая значимость работы. Большой экспериментальный, научно-технический задел и полученные результаты в области прогрессивных методов обработки поверхностей (поверхностно-пластическое деформирование, нанесение покрытий, электроэрозионная обработка, комбинированные методы упрочнения и др.) требует новых методов создания и систем обслуживания технологических баз знаний, позволяющих накапливать научно-технический опыт, соответствовать особенностям проектирования, служить гибкой основой для принятия технологических решений.
При этом повышается эффективность систем автоматизированного проектирования технологических процессов, обеспечивается возможность исследования множества вариантов технических решений, повышается качество результатов проектирования, прогнозирования, что особенно важно в условиях единичного и мелкосерийного производства, на долю которых приходится 75-80% продукции специальных отраслей машиностроения, а также в условиях выпуска широкой номенклатуры изготавливаемых деталей.
Оценка проявления технологического наследования может рассматриваться как самостоятельный этап технологической подготовки производства. Основными моментами исследования технологического наследования является установление факта переноса определенного свойства от предшествующей операции к последующим, а также количественная сторона вопроса, что позволяет интегрировать информационные потоки технологических баз знаний в автоматизированной системе управления технологическими системами наукоемких отраслей машиностроения.
Одно из возможных применений систем имитационного моделирования - это прогнозирование развития технологических объектов путем предвидения их количественных параметров, анализируя физические закономерности, которые лежат в основе создания модели.
Широкие перспективы применения автоматизированных систем моделирования технологических процессов открываются в условиях изготовления и исправления высокоточных дорогостоящих деталей.
Использование интегрированных моделей в качестве системы прогнозирования позволяет выявить критические факторы в производстве деталей такого класса без многочисленных дорогостоящих экспериментов. Модели технологического наследования позволяют выявить причины отклонений, установить условия и точки регулирования выходных параметров рассматриваемого технологического процесса.
Комплексный подход позволяет учитывать требования заказчика на всех стадиях производства изделий, для всех элементов производственных процессов и, таким образом, резко повысить качество, снизить затраты на подготовку производства изделий.
Результаты выполненных исследований являются научно-методической базой для управления технологическим наследованием отклонений формы прецизионных деталей ДЛА. Обобщены и систематизированы схемы влияния и коэффициенты технологического наследования. Создана методика моделирование технологических систем с учетом технологического наследования. Реализована в программе Matlab Simulink 6.0 математическая модель технологического наследования параметров поверхностного слоя открытого типа. Внедрение результатов работы.
Материалы диссертации использовались в учебном процессе "МАТИ" -Российский Государственный Технологический Университет им. К.Э, Циолковского при подготовке специалистов по специальностям: "Технология производства двигателей летательных аппаратов".
Апробация результатов работы и публикации. Результаты работы докладывались и обсуждались на 4 Российских и международных конференциях, опубликованы в 11 трудах, разработка защищена свидетельством официальной регистрации программы для ЭВМ № 2006611486.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов и содержит 137 страниц машинописного текста, 47 рисунков, 15 таблиц и список литературы из 88 наименований.
Исследование основных причин возникновения отказов при эксплуатации пневмогидравлических систем (ПГС)
Ответственные детали агрегатов авиакосмической техники, в частности, пневмогидравлические систем (ПГС) летательного аппарата, работают в специфических условиях, характеризующихся одновременным воздействием различных эксплуатационных факторов, которые могут изменяться в широком диапазоне: от криогенных до высоких температур (от -190С до +500С), высоких рабочих давлений (давление в корпусе гидропривода достигает 30 МПа), динамических нагрузок (вибраций, ударов, тряски и т.п.). В качестве рабочих сред в ПГС часто применяются химически активные жидкости и газы. Наблюдается тенденция дальнейшего ужесточения условий работы ПГС. Одновременно с этим повышаются требования к работоспособности, степени герметичности и условиям контактирования подвижных соединений ПГС.
Анализ опыта эксплуатации гидравлических систем самолетов показал [4, 5, 42, 44], что на неисправности силовых цилиндров одного из летательных аппаратов приходится 7-9% общего числа неисправностей элементов гидравлической системы. По своему характеру неисправности силовых цилиндров распределяются следующим образом (таблица 1).
Примером могут служить отказы пневмогидравлических агрегатов систем управления летательных аппаратов. Сравнительный анализ видов отказов пневмогидроприводов в эксплуатации, приведенный в работе [4], показал, что 42% отказов обусловлено внешней негерметичностью. Более 50% рекламаций и дефектов относятся к негерметичности агрегатов, приводящей к преждевременному снятию их с эксплуатации и снижению показателей надежности.
Надежность пневмогидропривода (рис. 1.1) в основном определяется работоспособностью деталей цилиндро-поршневой группы и, в особенности, сопряжения «гильза цилиндра - лабиринтное уплотнение - поршень» (рис. 1.2). При возвратно-поступательном движении наиболее неблагоприятные условия работы этих деталей возникают на участках реверсирования. рулевая машина распределительный механизм привода РН рис 1.1. пневмогидропривода самолета су 27
В процессе эксплуатации имеют место случаи отказов пневмогидроагрегатов из-за потери герметичности в результате повышенного износа деталей герметизирующего узла при возвратно-поступательном движении штока, заедании штока, а также вследствие течи рабочей жидкости по хромовому покрытию деталей гидроагрегата (шток, корпус) из-за его пористости. в Рис. 1,2. Схема герметизирующего узла гидропривода: 1- торцевое уплотнение; 2 - хромированный поршень; 3 - корпус гидропривода; 4 - бронзовая втулка; 5 - уплотнительное кольцо; А, В, D - цилиндрические поверхности сопряженных деталей подверженные наибольшему износу. Износ бронзовой втулки и разгерметизация соединения (поршень -уплотнительное кольцо - бронзовая втулка) при низких давлениях (порядка 0,3-0,5 МПа) может происходить вследствие отклонения от соосности осей втулки и шейки хромированного поршня, обусловленной либо неточностью сборки соединения, либо погрешностью геометрической формы корпуса гидропривода.
Эксплуатационная надежность данных агрегатов в значительной степени определяется условиями контактирования сопряженных деталей прецизионных пар трения.
Прецизионные пары трения, включающие в себя цилиндрические и плоские сопряжения высокой точности и чистоты, являются важнейшими узлами топливных и гидравлических агрегатов. За счет создания между деталями этих пар зазоров микронной величины обеспечивается гидроплотность различных полостей. Эти детали изготавливаются из высоколегированных конструкционных и инструментальных сталей. Обеспечение минимальных и постоянных в процессе эксплуатации сил трения в этих парах определяют высокие требования к сопряженным поверхностям по точности и показателям шероховатости. Поэтому прецизионные пары трения являются самыми дорогостоящими при производстве топливных и гидравлических агрегатов, а вопросы, связанные с повышением их ресурса, представляют практический интерес.
Многочисленные исследования показали, что до 80-90% случаев выхода из строя машин и агрегатов при эксплуатации происходит из-за износа в сопряжениях узлов трения. Фактическая площадь контактирования плунжера с гильзой пневмогидроагрегатов определяется, наряду с другими факторами, величиной волнистости и отклонения формы сопрягаемых деталей. Их наличие приводит к тому, что контактная площадь существенно меньше номинальной, что вызывает рост удельных контактных давлений и повышенный износ.
Анализ закономерностей технологического наследования
Явление технологического наследования наблюдается в любом технологическом процессе, однако его проявление особо важно для изготовления и сборки высокоточных деталей. Последнее объясняется количественной стороной наследуемых параметров, наследственная часть погрешности в этом случае оказывается весьма ощутимой и занимает большую часть допуска, а иногда и весь допуск на параметр или даже превышает его.
Любой объект производства находится в многообразных связях и взаимодействиях с окружающими его явлениями, участвует одновременно в нескольких формах движения. Поэтому необходимо признать, что всякое явление представляет собой концентрат условий, в которых оно протекал о [77].
Понятие наследственности, первоначально возникшее в области анализа передачи свойств у биологических организмов, в настоящее время начинает входить в такие области знаний, как кибернетика, объектно-ориентированное программирование, системный анализ.
В технологии машиностроения важно не только определить количественные характеристики выходных параметров качества изделия, но и установить причины и вероятности возникновения возможных отклонений от допуска. Важно определить, какие условия способствовали его возникновению, как это отклонение формировалось на протяжении всего технологического процесса.
Информация об истории возникновения каждого отклонения важна потому, что с ее помощью представляется возможным влиять на величину отклонения и тем самым повышать показатели качества машиностроительных изделий. Поэтому в процессе создания изделий, начиная с выбора материала для заготовки конкретной детали, обработки заготовки и т.д. возникает необходимость рассмотрения производственного процесса изготовления изделия во времени. При этом появляется и понятие о технологической наследственности Развитие методов математического, структурно-параметрического, функционального анализа применительно к производственным процессам технологии наукоемкого машиностроения обеспечивает правомерность применения терминов «технологическое наследование», «технологическая наследственность».
Технологическим наследованием (ТН) называется явление переноса свойств объектов от предшествующих технологических операций к последующим. Эти свойства могут быть как полезными, так и вредными. Сохранение же этих свойств у объектов называют технологической наследственностью. [77]
Существенным оказывается установление закономерностей технологического наследования для точного машиностроения, а именно авиадвигателестроения, где весьма важны сохранение и перенос положительных свойств материалов и характеристик обрабатываемых заготовок, а также изменение этих свойств во времени.
В основе надежности работы высокоточных изделий лежит правильная схема компоновки технологического процесса. Различные схемы компоновки приводят к возникновению различных наследственных картин, что немедленно сказывается на параметрах надежности.
Причем важно не только получить необходимые свойства высокоточных ответственных деталей, но и длительно сохранить их во времени.
Следовательно, необходим новый подход к решению технологических задач и отказ от мнения, что свойства деталей обеспечиваются лишь на финишных операциях. Применительно к высокоточным ответственным деталям полезно расширить понятие «технологический процесс», включив в него всю последовательность операций, начиная с появления материала как определенного вещества и кончая приданием ему желаемых свойств и параметров работоспособности в сборе.
Основными моментами исследования технологического наследования является установление факта переноса определенного свойства от предшествующей операции к последующим, а также количественная сторона вопроса, характеризуемая передачей (К).
Выдерживание допусков по точности, исчисляемых микрометрами или их долями, создание в поверхностных слоях напряжений нужной величины и знака, придание поверхности необходимой твердости, структуры, износостойкости и других качеств представляет собой задачи, решение которых связано с преодолением существенных технологических трудностей. Причем важно не только получить необходимые свойства высокоточных ответственных деталей, но и длительно сохранить их во времени.
Оценка проявления технологического наследования может рассматриваться, как самостоятельный этап технологической подготовки производства и является базой для управления процессом формирования качества изделия.
Обрабатываемый материал проходит через ряд состояний, характеризуемых геометрическими и физическими параметрами. Любой технологический процесс приводит к изменению этих параметров и может быть представлен в виде траектории точки, движущейся в N-мерном пространстве состояний от некоторого начального состояния до конечного. В любой момент времени состояние этого материала (заготовки) определяется конечным числом геометрических и физико-механических параметров.
Аналитический обзор основных принципов моделирования
Имитационная модель - это формальное описание логики функционирования исследуемой системы и взаимодействия отдельных ее элементов во времени, учитывающее наиболее существенные причинно-следственные связи, присущие системе, и обеспечивающее проведение статистических экспериментов [12,27,65, 86].
При разработке имитационных моделей остаются справедливыми основные рассмотренные принципы моделирования. В качестве следствия из этого утверждения необходимо отметить два важных обстоятельства: - взаимосвязь между отдельными элементами системы, описанными в модели, а также между некоторыми величинами (параметрами) может быть представлена в виде аналитических и логических зависимостей (например, при моделировании команды управления технологическим процессом могут быть описаны на уровне логики, а режимы обработки рассчитываются аналитически); - модель можно считать реализуемой и имеющей практическую ценность только в том случае, если в ней отражены лишь те свойства реальной системы, которые влияют на значение выбранного показателя эффективности.
Поскольку основой имитационного моделирования являются статистические методы, наибольший эффект от его применения достигается при исследовании сложных систем, на функционирование которых существенное влияние оказывают случайные факторы. Именно такими и являются большинство технологических и производственных систем.
Применение имитационного моделирования целесообразно в следующих случаях: - если не существует законченной постановки задачи и идет процесс исследования объекта моделирования; - если характер протекающих в системе процессов не позволяет в полной мере описать эти процессы в аналитической форме; - если необходимо наблюдать за поведением системы (или отдельных ее компонентов) в течение определенного периода, в том числе с изменением скорости протекания процессов; - при изучении новых ситуаций в системе либо при оценке функционирования ее в новых условиях; - если исследуемая система является элементом более сложной системы, другие элементы которой имеют реальное воплощение; - когда необходимо исследовать поведение системы при введении в нее новых компонентов; - при подготовке специалистов и освоении новой техники и технологии.
Имитационные модели имеют ряд недостатков. Первый, и весьма существенный, заключается в том, что их разработка, как правило, требует больших затрат времени и сил. Кроме того, любая имитационная модель сложной системы значительно менее объективна, чем аналитическая модель, поскольку она, прежде всего, отражает субъективные ограниченные представления о моделируемой системе. Причем бывает достаточно сложно как опровергнуть, так и обосновать адекватность созданной имитационной модели, особенно если речь идет о проектируемой системе. Результаты имитационного моделирования, как при любом численном методе, всегда носят частный характер. Для получения обоснованных выводов необходимо проведение серии модельных экспериментов, а обработка результатов требует применения специальных процедур
Основные принципы моделирования, отражают опыт, который накоплен к настоящему времени в области разработки и использования математических моделей.
Принцип информационной достаточности. При полном отсутствии информации о системе построение ее модели невозможно. При наличии полной информации о системе ее моделирование лишено смысла. Существует некоторый критический уровень априорных сведений о системе (уровень информационной достаточности), при достижении которого может быть построена ее адекватная модель.
Принцип осуществимости. Создаваемая модель должна обеспечивать достижение поставленной цели исследования с вероятностью, существенно отличающейся от нуля, и за конечное время. Обычно задают некоторое пороговое значение PQ вероятности достижения цели моделирования P(t), а также приемлемую границу tg времени достижения этой цели. Модель считают осуществимой, если одновременно выполнены два неравенства: P(t) P0; t t0. (3.1)
Принцип множественности моделей. Данный принцип является ключевым. Создаваемая модель должна отражать в первую очередь те свойства реальной системы (или явления), которые влияют на выбранные исследуемые показатели. Соответственно при использовании любой конкретной модели анализируются лишь некоторые стороны явления. Для более полного ее исследования необходим ряд моделей, позволяющих с разных сторон и с разной степенью детальности отражать рассматриваемый процесс.
Принцип декомпозиции. В большинстве случаев сложную систему можно представить состоящей из агрегатов (подсистем), для адекватного математического описания которых оказываются пригодными некоторые стандартные математические схемы. Принцип декомпозиции позволяет, кроме того, достаточно гибко перестраивать модель в зависимости от задач исследования. Данный принцип делает возможным коллективное построение моделей.
Методика гармонического анализа отклонения формы от круглости
В силу специфики (наиболее высокая твердость деформирующего инструмента, малая площадь пластического контакта инструмента с деталью, особенности напряженного состояния материала) в наилучшей степени для целей локальной обработки поверхностей пригодно ППД алмазным индентором.
Исследование возможности целевого применения и локализации технологий поверхностного деформирования в целях получение оптимального эффекта достижения требуемых геометрических параметров связано с особенностями характера упрочнения, функционально-зависимого от конструктивных форм деталей.
Механизм влияния локальной поверхностно пластической обработки на геометрические характеристики деталей в различных аспектах рассмотрения различен и имеет две разновидности:
1. Изменение геометрии поверхности за счет перераспределения материала поверхностного слоя при пластическом деформировании во время образования канавок (рельеф поверхности).
2. Наведение остаточных напряжений в приповерхностной зоне образования канавки, которые в свою очередь способны вызывать общую деформацию детали или ее элемента (маложесткие, тонкостенные детали), а также способны изменить жесткость детали без изменения ее конструктивных форм.
Таким образом, применение локального или управляемого поверхностно пластического деформирования позволяет управлять геометрическими характеристиками поверхностей за счет целенаправленного перераспределения материала поверхностного слоя детали, уменьшая волнистость, а также путем создания поля остаточных напряжений, способных осуществить направленную деформацию детали, уменьшающую имеющееся отклонение формы.
Все многообразие различных видов микрорельефа, получаемого в процессе локального поверхностного пластического деформирования алмазным индентором можно разделить на три группы: - рельеф в виде отдельно расположенных друг от друга микроотпечатков -луночный рельеф; - рельеф в виде системы параллельных непересекающихся микроканавок (в зависимости от угла наклона поперечные, винтовые и продольные); - рельеф в виде пересекающихся друг с другом микроканавок, образующих сетки с различными углами пересечения - сеточный микрорельеф.
Формирование рельефа ЛППД приводит к существенным изменениям размеров обрабатываемой детали (порядка 20-ьЗО мкм) в зависимости от силы выглаживания, радиуса индентора, величины шага и количества проходов, что связано с образованием наплывов металла по краям лунок и канавок. Наплывы металла, обладающие более высокими физико-механическими свойствами, повышают износостойкость рабочих поверхностей. Канавки и лунки играют роль ловушек для продуктов износа и загрязнений. Регулярный микрорельеф уменьшает вероятность схватывания поверхностей, эксплуатируемых в условиях вибрационного проскальзывания. Создание систем канавок и лунок приводит к повышению жесткости тонкостенных деталей. На ее значение оказывает влияние глубина и степень упрочнения поверхностного слоя и изменение момента инерции поперечного сечения (образование ребер жесткости).
Технология локального поверхностного пластического деформирования алмазным индентором позволяет управлять процессом формообразования высокоточных поверхностей вращения деталей различной конфигурации, а также в значительной степени уменьшать отклонения формы рабочих поверхностей от круглости, полученные в ходе производства или эксплуатации маложестких кольцевых и цилиндрических дорогостоящих деталей [83,84].
Для тонкостенных деталей неравномерной жесткости применим метод управления формой, основанный на численном анализе упругого напряженно-деформированного состояния образцов, подвергнутых воздействию локального поверхностного пластического деформирования.
Решение данной проблемы возможно в поисках принципиально новых методов и средств воздействия на деталь.
Дополнительные исследования направлены на разработку системы моделирования упругого деформирования тонкостенных высокоточных деталей рассматриваемого класса в сочетании с прогрессивной технологией локального поверхностного пластического деформирования (ЛППД).
Органическое сочетание метода ЛППД и автоматизированной системы моделирования поведения детали позволяет с наибольшей эффективностью использовать такие преимущества этого метода как высокая производительность, низкая энергоемкость, низкая стоимость, безотходность, применение универсального технологического оснащения. Применение высокопроизводительных расчетных методов дает возможность применять систему к деталям различных конструктивных форм.
