Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология машиностроения

Диссертационная работа:

Кудашева Ирина Олеговна. Совершенствование технологии изготовления прецизионных деталей "тело вращения" на основе применения ультразвукового упрочнения и поверхностно-активных веществ : диссертация ... кандидата технических наук : 05.02.08 / Кудашева Ирина Олеговна; [Место защиты: Сарат. гос. техн. ун-т]. - Саратов, 2008. - 139 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-5/720

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

1 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ПРЕЦИЗИОННЫХ ДЕТАЛЕЙ «ТЕЛО ВРАЩЕНИЯ» 12

  1. Обзор и анализ опубликованных работ по совершенствованию технологических методов повышения эксплуатационной надежности прецизионных деталей «тело вращения» 12

  2. Эксплуатационные свойства прецизионных деталей 13

  1. Усталостная прочность 14

  2. Сопротивление изнашиванию 15

  3. Противозадирные свойства 15

  1. Анализ особенностей и свойств антифрикционных материалов прецизионных деталей «тело вращения» 16

  2. Объекты исследования 17

  3. Анализ показателей эксплуатационной надежности прецизионных деталей «тело вращения» 23

  1. Прогнозирование жизненного цикла прецизионных деталей 27

  2. Прогнозирование жизненного цикла прецизионных деталей по критерию «вероятность безотказной работы» 28

ь* V

1.6 Цель работы и задачи исследования 34
г^\ 2 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ

^С*" ПРЕЦИЗИОННЫХ ДЕТАЛЕИ«ТЕЛО вращения» и их

ГИДРОДИНАМИКИ В УСЛОВИЯХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ПОВЕРХНОСТНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ 36

  1. Особенности применения метода конечных элементов для расчета напряженного состояния прецизионных деталей в условиях технологического поверхностного пластического деформирования 35

  2. Теоретическая оценка начальных технологических остаточных напряжений в поверхностном слое прецизионных деталей - поршней

регулятора скорости после технологического поверхностного 43

пластического деформирования

Теоретическая оценка начальных технологических остаточных
напряжений в поверхностном слое прецизионных деталей -
золотников регулятора скорости после технологического
поверхностного пластического деформирования 49

Динамическая модель нагружения масляного слоя в прецизионных
деталях в условиях технологического поверхностного пластического
деформирования путем применения поверхностно-активных веществ 54
Динамическое нагружение поверхностного слоя высоконагруженной
прецизионной детали после технологического поверхностного
пластического деформирования 59

Выводы 63

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ
ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ ПРЕЦИЗИОННЫХ
ДЕТАЛЕЙ 65

Технологическая ультразвуковая обработка прецизионных деталей
«тело вращения» 65

Методика планирования многофакторного эксперимента при
ультразвуковой обработке 74

Повышение эксплуатационной надежности прецизионных деталей
«тело вращения» применением поверхностно-активных веществ 76

Выводы 85

МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯПРЕЦИЗИОННЫХ ДЕТАЛЕЙ
«ТЕЛО'ВРАЩЕНИЯ» И ГИДРОДИНАМИКИ МАСЛЯННОГО
СЛОЯ ПОСЛЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПОВЕРХНОСТНОГО
ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ 86

Задачи экспериментальных исследований напряженного состояния 86

прецизионных деталей на образцах

Оценка виброударного нагружения и начальных технологических
остаточных напряжений после поверхностного пластического
деформирования прецизионных деталей 86

Определение напряжений в прецизионной детали от действия
статических нагрузок 93

Экспериментальная оценка гидродинамики масляного слоя в узлах
трения «прецизионная деталь - направляющая втулка» 96

Повышение эксплуатационной надёжности прецизионной детали в
условиях совершенствования технологического поверхностного
пластического деформирования 103

Выводы 106

ТЕХНИКО - ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ
ПОВЫШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ
ПРЕЦИЗИОННЫХ ДЕТАЛЕЙ «ТЕЛО ВРАЩЕНИЯ» , 108

Годовой экономический эффект от совершенствования
ультразвукового упрочнения прецизионных деталей «тело
вращения» 108

Годовой экономический эффект от совершенствования технологии
поверхностно-активных веществ в технологию обработки
прецизионных деталей «тело вращения» 114

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 118

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 120

Введение к работе:

Экономически обоснованное стремление к повышению агрегатных мощностей за счет увеличение параметров термодинамического цикла и частоты вращения коленчатого вала при одновременном улучшении показателей эксплуатационной^ надежности вызывает необходимость наиболее полного совершенствования технологии изготовления прецизионных деталей «тело вращения», влияющей на усталостную прочность, износостойкость и несущую способность конструкции.

В? течение последних лет затраты на ремонт машин, работающих в различных областях машиностроения, возросли?в .2,5 раза, а наработка на отказ: у отремонтированных машин снизилась в 2-3 раза. Снижение эксплуатационной надежности техники, занятой в народном хозяйстве и эксплуатируемой, как правило, круглогодично; приводит к значительному снижению эффективности производства в целом. При этом 40-50% неисправностей приходится на двигатель как энергетический объект любых машин, а из них около 25% отказов от общего количества отказов дизеля? составляют неисправности прецизионных деталей регуляторов скорости. И это, / несмотря на то, что 75% времени технического обслуживания приходится; на двигатель (по данным Ф.Н; Авдонькина; А.С. Денисова и др.).

Главной особенностью регуляторов скорости форсированных дизелей является то, что прецизионные детали (поршни, золотники) работают в условиях динамических деформаций под действием ударно-циклических динамически установившихся меняющихся- нагрузок. Так, например; радиальная деформация поршней, золотников, как прецизионных деталей! регуляторов скорости эквивалентна- динамическому изменению кривизны рабочей поверхности направляющих втулок. Это, как: правило; приводит к увеличению толщины масляного слоя и, следовательно^ к повышению запаса несущей способности сопряжений «поршень - направляющая втулка», «золотник - направляющая втулка» регулятора скорости; с другой стороны, -

вызывает дополнительные динамические напряжения в поверхностных слоях материала этих деталей, снижающие запасы усталостной прочности. Силы гидродинамического давления1 и деформация изгиба в элементах регулятора скорости создают в их материале сложное напряженное состояние. Силы давления вызывают знакопостоянные пульсирующие напряжения сжатия, деформация изгиба — появление .тангенциальных знакопеременных напряжений. Таким образом, поверхностный слой прецизионных деталей регулятора скорости испытывает плоское напряженное состояние, компоненты которого изменяются во времени по сложным законам. В этом случае наступление опасного состояния поверхностного слоя поршней, золотников может быть вызвано различными значениями главных напряжений, при которых наступит опасное состояние поверхностного слоя материала, связанное с возникновением больших начальных остаточных напряжений или усталостных трещин. Появление последних вызывает качественно иные гидродинамические силы, создающие расклинивающий эффект, ускоряющий процесс разрушения прецизионных деталей регулятора скорости.

- Актуальность. Эксплуатационная надёжность машин определяется

в» основном качественным состоянием рабочих поверхностей деталей, формируемых на финишных операциях технологических процессов (напряженно-деформированное состояние поверхностного слоя, технологические остаточные напряжения, динамика нагружения, физико-механические свойства материала, макро - и микрогеометрия, геометрическая точность). Стабильность геометрических размеров, например, достигается за счёт снижения начальных технологических остаточных напряжений и повышения релаксационной» стойкости, осуществляется различными технологическими методами, называемыми процессами вибрационного' старения. Выходным параметром систем вибрационного старения является динамическая, сила, изменяемая как по амплитуде, так и по частоте, так как эффективность вибрационного старения зависит главным образом от деформации металла,

7 которая в свою очередь, определяется прикладываемой динамической нагрузкой. Создание на рабочих поверхностях прецизионных деталей композиционных покрытий из поверхностно-активных веществ (ПАВ) как разновидность технологии поверхностного пластического деформирования (ППД) снижает динамическую нагрузку в слое путём формирования тонких износостойких пленок из эмульгатора на поверхностях контакта прецизионных деталей с втулками. При этом колебательный процесс в масляном слое полностью демпфируется, повышая1 его несущую способность и, соответственно, эксплуатационную надежность конструкций. Применение таких покрытий является весьма перспективным направлением, открывающим широкие возможности управления физико-механическими свойствами контактирующих поверхностей. Несмотря на успех в этих областях ряд важных теоретических и практических вопросов не нашли своё отражение в технологических процессах получения биметаллических слоев и композиционных покрытий из эмульгаторов, различных участков поверхности конструкций.

Одним из перспективных методов, позволяющих решить поставленные задачи, является эффективным и экологически чистым способом упрочняющей обработки деталей ультразвуком (УЗО) с одновременным нанесением антифрикционных композиционных покрытий. В основу метода положен процесс технологического ППД, который позволяет, варьируя технологическими режимами обработки и составом покрытия, получить поверхность с необходимыми физико-механическими свойствами. В процессе обработки происходит формирование благоприятного напряженно-деформированного состояния материала поверхностных слоев прецизионных деталей, технологических остаточных напряжений в них, оптимальной шероховатости, обеспечивающих повышенные эксплуатационные характеристики рабочих поверхностей.

В' связи с вышеизложенным, актуальным является комплексное исследования процесса обработки, изучения,взаимосвязи показателей динамики нагружения поверхностей с режимами обработки, составом покрытия, эксплуатационными характеристиками контактирующих поверхностей.

Данная работа является частью исследований, входящих в комплексные научно-технические программы, ОАО «Волжский дизель им. Маминых»: 0:13.07 «Создание и освоение производства новых типов двигателей ) внутреннего сгорания и агрегатов на их базе», а также других целевых комплексных научно-технических программ по развитию транспортного двигателестроения, что подтверждает её актуальность.

Цель работы совершенствование технологии изготовления прецизионных деталей «тело вращения» на основе применения УЗО и ПАВ для обеспечения эксплуатационной надёжности деталей машин за счёт улучшения эксплуатационных свойств рабочих поверхностей.

Объектом исследования являются прецизионные детали «тело вращения» (золотники и поршни сервомотора всережимного регулятора скорости ВРН-30) для форсированных дизелей 6ЧН21/21 (6ДМ-21А) ОАО «Волжский дизель им. Маминых».

Предметом исследования являются процессы поверхностного пластического деформирования прецизионных деталей регуляторов скорости форсированных дизелей.

Методы и средства исследования. Теоретические исследования были проведены с использованием методов технологии машиностроения, расчетно-аналитических методов» теории упругости, сопротивления материалов и метода конечных элементов. Экспериментальные методы исследования базировались на электротензометрии- с применением приборов «Стресскан -500» и «ИОН — 4М» при исследовании начальных технологических остаточных напряжений после ППД прецизионных деталей «тело вращения» и образцов-свидетелей.

9 Научная новизна диссертации заключается в комплексном подходе к достижению поставленной цели, учитывающем:

- разработку и апробацию на практике технологического метода УЗО,
решение аналитическим методом задачи по определению комплексного
критерия - коэффициента динамичности во время УЗО.

- разработку, обоснование и внедрение технологического метода
эксплуата-циионного исследования гидродинамики прецизионных деталей, а
также совокупность научных положений и рекомендаций по применению ПАВ.

развитие и решение поставленной практикой задачи теории виброударного динамического нагружения прецизионных деталей и образцов-свидетелей при УЗО.

Практическая ценность и реализация результатов работ. Предложенные технологические методы ППД нагруженных поверхностей прецизионных деталей «тело вращения», проведённые в лабораторных и производственных условиях, повышают эксплуатационную надёжность путём, снижения неравномерности результирующих напряжений по сечениям деталей в 3-5 раз.

Конструкторско — технологические решения, применение композиционных материалов и поверхностно-активных веществ изменяют условия смазки в прецизионных деталях путём демпфирования колебательного процесса и снижения динамики нагружения, чем повышается несущая способность масляного слоя и прецизионной детали.

Научные и практические результаты работы выполнены в соответствии с грантом № НШ-2064.2003.8 Минпромнауки России и использованы в плановых госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работах за 2000-2007г.г., выполняемых на кафедре «Технология и автоматизация машиностроения» Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ по направлению «Разработка научных основ повышения эксплуатационной надёжности машиностроительных изделий конструкторско-

10 технологическими методами», что подтверждается имеющимися актами внедрения: ОАО «Волжский дизель им. Маминых», ОАО «Саратовдизель-аппарат», ООО ПКР «Дизельсервис», ООО «Автоколонна». Работа прошла апробацию на практике совершенствования технологий ППД прецизионных деталей «тело вращения» и образцов-свидетелей.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на XI Международной конференции «Современные технологии в
машиностроении» (Пенза, 2007г.);

на Межгосударственных научно-технических семинарах по двигателям внутреннего сгорания (Саратов 2006-2007г.г.);

на VIII Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах» (Саратов 2005г.);

на IX Межвузовской Российской научной конференции «Векторная энергетика в технических, биологических и социальных системах» (Балаково 2007г.);

на ежегодных научно-технических конференциях кафедры «Технология машиностроения» Саратовского государственного технического университета 2007г.;

на ежегодных научно-технических конференциях кафедры «Технология и автоматизация машиностроения» Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ (2002- 2007г.г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном-ВАК. Общий объём публикаций составляет 2,85 п.л., в том числе 2,15 п.л. принадлежащих лично автору.

На защиту выносятся:

технология ППД образцов-свидетелей прецизионных деталей деформированием технологической УЗО и ПАВ;

- результаты экспериментальных исследований по изучению влияния
технологических остаточных напряжений от технологического ППД УЗО и
ПАВ на общее суммарное напряженное состояние прецизионных деталей;

- результаты теоретических исследований по определению основных
закономерностей напряженного состояния прецизионных деталей «тело
вращения» на основе базового метода конечных элементов.

\

/^ Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, / общих выводов, списка используемой литературы 100 наименований. Диссертационная работа изложена на 129 страницах машинописного текста, \ содержащей 40 рисунков, 16 таблиц.

Подобные работы
Агеева Вера Николаевна
Совершенствование технологии изготовления деталей нефтегазового оборудования, работающих в абразивных средах
Комиссаренко Евгений Алексеевич
Повышение эксплуатационной надежности подшипников скольжения транспортных дизелей применением дифференцированного гидродробеструйного упрочнения и поверхностно-активных веществ
Мамонов Александр Вячеславович
Совершенствование технологии изготовления трапецеидальной резьбы винтов грузоподъемных механизмов на основе электромеханической обработки
Горшков Евгений Александрович
Совершенствование технологии изготовления подшипников скольжения на основе комплексного применения дифференцированного гидродробеструйного упрочнения и композиционных материалов
Шеховцева Евгения Владимировна
Исследование и совершенствование технологии изготовления рабочих поверхностей зубчатых колес ГТД с использованием электроэрозионной обработки
Гусев Геннадий Васильевич
Совершенствование малоотходной технологии изготовления цилиндрических зубчатых колес на основе использования процесса непрерывного зубопротягивания
Бизяев Григорий Николаевич
Повышение эффективности технологии изготовления тонкостенных колец подшипников на основе совершенствования процесса свободного дорнования
Покроев Александр Иванович
Разработка технологии изготовления деталей из тонколистовой электротехнической стали
Савельева Наталья Владимировна
Разработка ресурсосберегающей технологии изготовления металлических деталей, совмещающей операции металлообработки и консервации
Золотов Олег Владимирович
Совершенствование технологии обработки тонкостенных деталей методом пластического сверления

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net