Отделочно-упрочняющая обработка с применением ультразвуковых крутильных колебаний
Существует большой ряд деталей, долговечность которых напрямую связана с износом рабочих поверхностей. На повышение износостойкости влияют главным образом увеличение микротвердости и сглаженная округлая форма микронеровностей. Благоприятные условия для повышения износостойкости поверхности создаются при поверхностном пластическом деформировании. Поверхностное пластическое деформирование… Читать ещё >
Содержание
- 1. Состояние вопроса об обработке конструкционных материалов поверхностно-пластическим деформированием с наложением ультразвуковых колебаний
- 1. 1. Анализ существующих схем ультразвуковой обработки поверхностей
- 1. 2. Выбор показателей качества поверхностного слоя
- 1. 2. 1. Показатели микрорельефа поверхностного слоя
- 1. 2. 2. Деформационные показатели поверхностного слоя
- 1. 3. Механизм пластической деформации под действием ультразвуковой обработки
- 1. 4. Методики измерения и обработки экспериментальных данных
- 1. 4. 1. Методика измерения параметров шероховатости
- 1. 4. 2. Методика исследования микротвердости и структуры ПС
- 1. 4. 3. Методика исследования износостойкости ПС
- 1. 4. 4. Методика обработки экспериментальных данных
- 1. 5. Цели и задачи исследования
- Выводы
- 2. Моделирование процесса выглаживания поверхностей с применением ультразвуковых колебаний
- 2. 1. Схема выглаживания цилиндрических поверхностей с наложением ультразвуковых крутильных колебаний и ее реализация
- 2. 2. Исследования влияния геометрических параметров инструмента на факторы процесса ультразвукового выглаживания с наложением крутильных колебаний
- 2. 2. 1. Влияние расположения индентора на соотношение амплитуд колебания в тангенциальном и продольном направлении
- 2. 2. 2. Расчет траектории движения индентора
- 2. 3. Исследования влияния основных технологических факторов на показатели эффективности ультразвукового выглаживания с наложением крутильных колебаний
- 2. 3. 1. Расчетная модель высоты неровностей профиля
- 2. 3. 2. Расчетная модель числа элементов регулярного микрорельефа на единицу площади
- 2. 3. 3. Расчетная модель углов направления элемента микрорельефа
- 2. 3. 4. Определение условий образования полностью регулярного микрорельефа поверхностного слоя детали
- 2. 4. Исследования влияния пластического деформирования на поверхностный слой детали при ультразвуковом выглаживании с наложением крутильных колебаний
- 2. 4. 1. Скорость деформации при ультразвуковом выглаживании с наложением крутильных колебаний
- 2. 4. 2. Сдвиговое напряжение при ультразвуковом выглаживании с наложением крутильных колебаний
- 3. 1. Методика экспериментального исследования ультразвукового выглаживания с наложением крутильных колебаний
- 3. 1. 1. Постановка задач исследований
- 3. 1. 2. Экспериментальная установка для ультразвукового выглаживания с наложением крутильных колебаний для наружных цилиндрических поверхностей
- 3. 1. 3. Методика проведения экспериментов
- 3. 2. Исследования параметров микрорельефа при ультразвуковом выглаживании с наложением крутильных колебаний
- 3. 2. 1. Исследования высоты неровностей профиля при
- 3. 2. 2. Исследования износа индентора при УЗВК
- 3. 2. 3. Исследования регулярности микрорельефа поверхностного слоя детали при УЗВК
- 3. 2. 4. Исследования сетки каналов при УЗВК
- 3. 3. Исследования влияния параметров режимов ультразвукового выглаживания с наложением крутильных колебаний на пластическое деформирование поверхностного слоя
- 3. 3. 1. Исследования микротвердости при УЗВК
- 3. 3. 2. Исследования глубины упрочнения при УЗВК
- 3. 3. 3. Исследования микроструктуры при УЗВК
- 3. 4. Исследования влияния технологических схем обработки ультразвукового выглаживания с наложением крутильных колебаний на износостойкость поверхностного слоя деталей
- 3. 4. 1. Исследования прирабатываемости при УЗВК
- 3. 4. 2. Исследования нормального и предельного износа при УЗВК
- 4. Технологическое обеспечение некоторых эксплуатационных свойств поверхностного слоя
Отделочно-упрочняющая обработка с применением ультразвуковых крутильных колебаний (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Повышение эффективности производства и создание конкурентоспособной продукции в условиях рыночной экономики неразрывно связаны с разработкой принципиально новых технологий, основанных на нетрадиционных подходах к организации рабочих процессов формообразования, упрочнения [93].
Существует большой ряд деталей, долговечность которых напрямую связана с износом рабочих поверхностей. На повышение износостойкости влияют главным образом увеличение микротвердости и сглаженная округлая форма микронеровностей. Благоприятные условия для повышения износостойкости поверхности создаются при поверхностном пластическом деформировании. Поверхностное пластическое деформирование обеспечивает повышение износостойкости, сопротивление усталости, контактной выносливости и других эксплуатационных свойств обрабатываемых деталей на 20.50% [38]. Вместе с тем для традиционных методов упрочняющей технологии, таких как накатывание, раскатывание и даже выглаживание, характерны значительные деформирующие усилия, что ограничивает их применение при обработке маложестких и тонкостенных деталей из-за возникающих геометрических погрешностей. Поэтому, введение в зону обработки ультразвуковых колебаний способствует снижению сопротивления пластическому деформированию и сил трения на контактных поверхностях, что в конечном итоге приводит к значительному снижению статических усилий деформирования. Указанные особенности процесса обусловили возникновение нового направления поверхностного пластического деформирования — отдел очно-упрочняющей обработки инструментом, колеблющимся с ультразвуковой частотой (ультразвуковая обработка) [11, 12, 30, 102]. Ультразвуковая обработка обеспечивает получение заданных свойств поверхностного слоя — частично или полностью регулярного микрорельефа, создание остаточных напряжений сжатия в поверхностном слое обработанных поверхностей [6, 95].
Эффективность ультразвуковой обработки определяется главным образом технологическим методом обработки и ее режимами [60].
Узловым моментом при оптимизации ультразвуковой обработки является выбор или создания такого метода, который не только повысит эксплуатационную долговечность и надежность деталей машин, но и являлся бы энергосберегающим. Решение перечисленных выше задач представляет большой научный и практический интерес.
В данной работе рассматривается повышение износостойкости деталей машин на основе разработки метода отделочно-упрочняющей обработки наружных цилиндрических поверхностей с наложением ультразвуковых крутильных колебаний (УЗВК — ультразвуковое выглаживание с крутильными колебаниями).
Проведены аналитические и экспериментальные исследования зависимости параметров поверхностного слоя детали от технологических режимов.
Выводы по диссертации.
1. Разработана методика отделочно-упрочняющей обработки деталей с наложением ультразвуковых крутильных колебаний (УЗВК). Обработка по предлагаемой методике позволяет до 30% повысить износостойкость обработанной поверхности и до 80% уменьшить среднюю высоту микронеровностей.
2. Разработанный метод отделочно-упрочняющей обработки деталей с наложением ультразвуковых крутильных колебаний позволил существенно снизить величину статической силы с 50−100 Н до 20Н, что позволяет обрабатывать и тонкостенные детали.
3. Предложены и опробованы математические модели описывающие изменение высоты неровностей, микротвердости глубины упрочненного слоя, под влиянием режимов упрочняющей, отделочной обработки деталей с наложением ультразвуковых крутильных колебаний позволяющие назначать эти режимы при разработке технологических процессов.
4. При проведении исследовательских работ выявлен эффект деформации обрабатываемой поверхности и при обратном ходе индентора, что позволяет на некоторых режимах обработки дополнительно уменьшить среднюю высоту микронеровностей. Разработана математическая модель, позволяющая назначать эти режимы при разработке технологических процессов.
5. Методика обработки УЗВК позволяет получать регулярный микрорельеф поверхностного слоя как полностью, так и частично. На коэффициент регулярности микрорельефа поверхностного слоя оказывает влияние подача индентора и глубина его внедрения (статическая нагрузка). С увеличением частоты вращения индентора коэффициент регулярности увеличивается.
6. Предложены практические рекомендации по назначению режимов УЗВК при обработке детали «Вал первичный делителя» 15.1 770 044 коробки скоростей автомобиля КАМАЗ 15. Обработка УЗВК позволила увеличить пробег автомобиля на 25%.
Список литературы
- Абрамов О. В и др.- под общ. ред. Приходько В. М Технологическое применение ультразвука в транспортном машиностроении. Москва: Техполиграфцентр, 2007.
- Абрамов О.В. и др.- под общ. ред. Абрамова О. В. и Приходько В. М. Мощный ультразвук в металлургии и машиностроении. Москва: Янус-К, 2006.
- Абрамов О.В. Воздействие мощного ультразвука на жидкие и твердые металлы. М.: Наука, 2000.
- Абрамов О.В. Опыт применения ультразвука в процессах обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1980.
- Абрамов О.В., Хорбенко И. Г., Швегла Ш. Ультразвуковая обработка материалов / Под ред. О. В. Абрамова. М.: Машиностроение, 1984. -280 с.
- Алиев А.Э., Арфенов В. В., Петренко Ю. Е., Таламанов В. Н. Образование регулярного микрорельефа способом вибронакатывания на станках с ЧПУ Станки и инструмент. — № 4. — 1987.
- Амитан Г. Л., Гебель И. Д. и др Малогабаритные устройства для ультразвуковой обработки. JL: ЛДНТП, 1981.
- Баринов В.Ф., Гасилин В. И., Хворостухин JI.A. Формирование микропрофиля в процессе поверхностного пластического деформирования -Машиностроение. № 8. — 1983.
- Белоцкий A.B., Винниченко В. Н., Муха И. М. Ультразвуковое упрочнение металлов. Киев: Тэхника, 1989.
- Ю.Биронт B.C., Сущих В. А., Южакова Е. В., Фофанова A.C., Байдина Т. В. Релаксация остаточных напряжений при ультразвуковой обработке. -Металловедение и термическая обработка металлов. № 6. — 1989.
- П.Боровин Ю. М. Повышение геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя при финишной ультразвуковой обработке.: диссертация кандидата технических наук: 05.03.01 Москва, 2005.
- Бржозовский Б.М. и др. Физические основы, технологические процессы и оборудование ультразвуковой обработки материалов: Саратов: Саратовский гос. технический ун-т, 2006.
- Бутурович И., Гончаров Б. Ф., Домрачев С. Н., Яшин C.B. Автоматизация и повышение эффективности ультразвуковых технологических установок. Л.: ЛДНТП, 1981.
- Вачаев A.B., Иванов Н. И. Интенсификация нагрева металла обработкой его ультразвуком резонансной частоты. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. — № 11. — 1991.
- Волосатов В.А., Рабинович В. Б. Опыт ультразвуковой размерной обработки прецизионных деталей. Л.: ЛДНТП, 1980.
- Гафаров A.M., Шихсеидов А. Ш. Шероховатость при алмазном вибронакатывании Машиностроение. — № 4−6. — 1995.
- Гусаков C.B. Планирование, проведение и обработка данных экспериментальных исследований двигателей внутреннего сгорания. М.: Изд-во РУДН, 2004.
- Денищенко А.Л. Влияние ударно-акустической упрочняющей обработки на износостойкость стальных деталей, работающих в смазочной среде с абразивом Техника. Технология. Управление. № 5−6, — 1994 г.
- Денищенко А.Л., Калинин Н. В. Снижение износа упрочненных трибо-технических поверхностей при работе в смазочной среде с абразивом -Техника. Технология. Управление. № 5−6, 1994 г.
- Дрыга А.И. Виброкомплекс ВК-86. КС для вибростабилизирющей обработки крупных сварных и литых деталей. Вестник машиностроения. -№ 3. — 1993.
- Евстигнеев В.В., Орлов В. А. Физические основы вибрационных и волновых технологий. Учеб. пособие Барнаул: Изд-во Алт. гос. техн. унта, 1995.
- Ивкин Е.И., Марков А. И. Ультразвуковая обработка и доводка деталей из труднообрабатываемых материалов Машиностроение. — № 6. — 1993.
- Икрамов, Левитин М. А. Основы трибоники. Т.: Укитувчи, 1984 — 184 с.
- Катык С. А, Денищенко А. Л. Влияние модифицирования поверхностного слоя твердой смазкой при УАУО на абразивный износ стальных трибодеталей в смазочной среде ЦИАТИМ-208 Техника. Технология. Управление. № 5−6, — 1994 г.
- Ким Чанг Сик Технологические и структурные закономерности ультразвуковой финишной и упрочняющей обработки конструкционных и инструментальных материалов. диссертация кандидата технических наук: 05.02.01, 05.03.01 Москва, 2005.
- Киричек П.А. Отделочно-упрочняющая обработка деталей станков -Станки и инструмент. № 12. — 1989.
- Киселев Е.С. Интенсификация процессов механической обработки использованием энергии ультразвукового поля. Ульяновск: УлГТУ, 2003.31 .Китайгородский Ю. И., Яхимович Д. Ф. Инженерный расчет ультразвуковых колебательных систем. М.: Машиностроение, 1982.
- Клемм X., Беккерт М. Способы металлографического травления.: Справочник.
- Клубович В.В., Степаненко A.B. Ультразвуковая обработка материалов. Минск: Наука и техника, 1981.
- Ковка и штамповка. Справочник. В 4 т. Ред. совет: Е. И. Семенов (пред.) и др. М.: Машиностроение, 1985 — т.1. Материалы и нагрев. Оборудование. Ковка. Под ред. Е. И. Семенова. 1985 — 568 е., ил.
- Круглов В.В., Сорокин В. М., Пучков В. П. Электрофизикохимические и комбинированные методы обработки Н. Новгород, 1998.
- Кумабэ Д. Вибрационное резание: Пер. с яп. Масленникова C.JI. / Под. ред. И. И. Портнова, В. В. Белова М.: Машиностроение, 1985. — 424 с.
- Лабутин Ю.П., Халимулин P.M., Чудинов Ю. А. Вибрационный станок. Станки и инструмент. — № 2. — 1993.
- Лещинский В.М., Рябичева JI.A. Механические свойства деформированной инструментальной стали. Вестник машиностроения. — № 3. — 1993.
- Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул. Учебное пособие. — М.: Высш. Школа, 1982. — 224 с.
- Марков А.И. Ультразвуковая обработка материалов. М.: Машиностроение, 1980. — 237 с. 41 .Марков А. И. Ультразвуковое резанье труднообрабатываемых материалов. М.: Машиностроение, 1968. — 365 с.
- Марков А.И., Бекренев Н. В. Ультразвуковая интенсификация абразивно-алмазной обработки конструкционных материалов. Вестник машиностроения. — № 11.— 1990.
- Марков А.И., Ивкин Е. И., Бекренев Н. В. Ультразвуковая интенсификация процессов сверления глубоких отверстий в труднообрабатываемых материалах. СТИН. — № 12. — 1996.
- Мечетнер Б.Х. Концентраторы инструменты для ультразвуковой обработки, способы их крепления. — М.: НИИ МАШ, 1965. — 55 с.
- Михайлова A.A., Игнатьев P.A. Упрочнение деталей методом пластической деформации. -М.: Россельхозиздат, 1974. — 62 с.
- Мовчан В.И., Ковзель A.C. Механизм разрушения специальных карбидов в стали типа Р6М5 при термомеханической обработке. Металловедение и термическая обработка металлов. -№ 6. — 1989.
- Муханов М.И. Импульсная упрочняюще-чистовая обработка деталей машин ультразвуковым инструментом. Учебное пособие для слушателей заочных курсов повышения квалификации ИТР по применению ультразвука в машиностроении М.: Машиностроение, 1978. — 44 с.
- Нерубай М.С., Штриков Б. Л., Калашников В. В. Ультразвуковая механическая обработка и сборка. Самара: Кн. изд-во, 1995.
- Никитюк М.М. Применение ультразвука в технологии машиностроения. Киев: «Знание» УССР, 1980.
- Никулин Б.И. Изобретения в области вибрационного шлифования и полирования Станки и инструмент. — № 7. — 1989.
- Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. — 151 с.
- Папшев Д.Д. Эффективность методов отделочно-упрочняющей обработки. Вестник машиностроения, 1983, № 7
- Патент БШ № 2 082 591 С1, кл. 6 В 24 В 39/02 Данилевский Т. Н., Гаври-лова Т.М., Осипенкова Г. А. Инструмент для обработки цилиндрических отверстий методом поверхностной пластической деформации. Бюл. № 18 от 27.06.97.
- Патент БШ № 2 095 217 С1, кл. 6 В 23 Р 9/00. Гаврилова Т. М., Осипенкова Г. А., Карпов Л. И., Молодавкина Л. Ю. Устройство для ультразвуковой отделочно-упрочняющей обработки наружных цилиндрических поверхностей. Бюл. № 31 от 10. 11.97. С. 4.
- Патент БШ № 2 203 789 С2, кл. 7 В 23 Р 9/00, С 21 Б 7/06 Пегашкин В. Ф., Гаврилова Т. М., Осипенкова Г. А. Способ отделочно-упрочняющей обработки наружных цилиндрических поверхностей с наложением ультразвуковых крутильных колебаний.
- Пегашкин В.Ф.,., Осипенкова Г. А., Кукина Н. Ю. Определение условий образования регулярного микрорельефа поверхностного слоя детали при УВКК. Вестник машиностроения № 1 2004 С. 57−59
- Пегашкин В.Ф., Евдокимов В. В., Гаврилова Т. М. Осипенкова Г. А. Метод ультразвукового упрочнения внутренних цилиндрических поверхностей. Боеприпасы. 2001. № 4−5. С. 62−63.
- Пегашкин В.Ф., Евдокимов В. В., Осипеикова Г. А., Гаврилова Т. М. Деформационное упрочнение поверхностного слоя при ультразвуковом раскатывании. Боеприпасы, № 4−5, 2001, с 63
- Пегашкин В.Ф., Осипенкова Г. А. Безотходная отделочно — упрочняющая обработка. Научно-техническая конференция. Экологические проблемы промышленного района, НТИ УГТУ — УПИ, Н. Тагил, 2002 г.
- Пегашкин В.Ф., Осипенкова Г. А. Влияние микрогеометрии трущихся поверхностей на износ. Научные труды IY отчетной конференции, УГТУ-УПИ, 2003 г.
- Пегашкин В.Ф., Осипенкова Г. А. Влияние параметров выглаживания с наложением ультразвуковых колебаний на шероховатость поверхности. // Вестник УГТУ-УПИ № 4 (75). Нижний Тагил, 2006. — С. 15−20.
- Пегашкин В.Ф., Осипенкова Г. А. Влияние параметров шероховатости на технологические показатели эффективности ультразвукового выглаживания с наложением крутильных колебаний. Научн труды III отчетной конфер, УТТУ-УПИ, 2002 г.
- Пегашкин В.Ф., Осипенкова Г. А., Гаврилова Т.М- Метод ультразвукового упрочнения наружных поверхностей. Известия вузов. Машиностроение. 2001.№ 1−2. С. 103−107.
- Пегашкин В-Ф., Осипенкова Г. А., Гаврилова Т. М. Метод финишной безотходной обработки поверхности. Проблемы энергосбережения. Международная н.т. конференция, Екатеринбург, 1999 С.43
- Пегашкин В.Ф., Осипенкова Г. А., Гаврилова Т. М. Методы обработки внутренних поверхностей с наложением УЗК Автотрактростроитель-ная промышленность и высшая школа. Международная н.т. конференция, Москва, 1999 С. 29−30
- Пегашкин В.Ф., Осипенкова Г. А., Певцов К. А., Малыгина Н.П.- Метод упрочняющей обработки нежестких деталей. Тезисы доклада научно-технической конференции «Проблемы и перспективы металлургии и металлообработки» НТИ УГТУ — У ПИ, 2001 С 72−73.
- Петушко И.В. Оборудование для ультразвуковой обработки. монография. СПб.: Андреев, изд. дом, 2005.
- Поляк М.С. Технология упрочнения. Технологические методы упрочнения: В 2 т. Т2 М. — Л.В.М. — СКРИПТ: Машиностроение, 1995. -688 с.
- Применение ультразвука в промышленности. / Под ред. А. И. Маркова. М.: Машиностроение, 1975. — 240 с.
- Применение ультразвука и взрыва при обработке и сборке / М.Ф. Воло-гин, В. В. Калашников, М. С. Нерубай, Б. Л. Штриков. М.: Машиностроение, 2002. — 264 с.
- Приходько В.М. Ультразвуковые технологии при производстве и ремонте техники М.: Изд-во ООО «Техполиграфцентр», 2000.
- Радзевич С.П. Об образовании регулярного микрорельефа при обработке деталей, ограниченных поверхностями сложной формы Машиностроение. — № 11.— 1984.
- Резников А.Н., Резников JI.A. Тепловые процессы в технологических системах. Учебник для вузов по специальности «Технология машиностроения» и «Металлорежущие станки и инструменты». М.: Машиностроение 1990 — 288 е., ил.
- Рогов В.А. Методика и практика технических экспериментов. — М.: Издательский цент «Академия», 2005. 288 с.
- Селимов Н.Р., Холопов Ю. В. Зависимость микротвердости металлических поверхностей от силы давления и амплитуды колебаний инструмента при ультразвуковой безабразивной обработке Машиностроение.-№ 7. — 1987.
- Семенов C.B. Разработка технологии безабразивного ультразвукового полирования, основанного на адиабатическом сдвиге металла поверхностного слоя. Диссертация 1994 г. — 223 с.
- Сербенко В.П. и др. Ультразвук и пластичность. Минск: Наука и техника, 1976. 445 е., ил.
- Силин JI.JI., Баландин Г. Ф., Коган М.Г.- Под ред. Рыкалина H.H. Ультразвуковая сварка. / М.: Машгиз, 1962. — 223 с.
- Смирнов B.C. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1973. — 496 с.
- Спиваков В.А., Алферов A.A., Вопросы интенсификации ультразвуковой обработки Машиностроение. — № 6. — 1997.
- Спиридонов A.A., Васильев Н. Г. Планирование эксперимента: Учеб. пособие. Свердловск: изд. УПИ им. С. М. Кирова, 1975. — 152 с.
- Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки. Алитан Г. Л., Байсупов И. А., Барон Ю. М. и др.- Под общ. ред. Волосатова В. А. — Л.: Машиностроение, 1988. — 719 с.
- Ультразвуковая технология. / Б. А. Агранат, В. И. Башкиров, Ю. И. Китайгородский, H.H. Хавский- Под ред. Б. А. Агранат. М.: Металлургия, 1974. — 504 с.
- Ультразвуковые преобразователи. Под ред. Кикучи Е. М.: Мир, 1972.-231 с.
- Фрост Г. Дж., Эшби М. Ф. Карты механизмов деформации: Пер. с англ. Челябинск: Металлургия, 1989. — 328 с.
- Хмелев В.Н., Барсуков Р. В., Цыганок С. Н. Ультразвуковая размерная обработка материалов Барнаул, 1999.
- Хмелев В.Н. и др. Ультразвуковые многофункциональные и специализированные аппараты для интенсификации технологических процессов в промышленности, сельском и домашнем хозяйстве, [монография] Барнаул: Алтайский гос. технический ун-т.
- Холопов Ю.В. Безабразивная ультразвуковая финишная обработка металлов — технология XXI века. Металлообработка. — № 4. — 2001.
- Холопов Ю.В. Машиностроение ультразвук: УЗС, БУФО, ГЕО Санкт-Петербург: Береста, 2008.
- Холопов Ю.В. О некоторых особенностях безабразивной ультразвуковой финишной обработки металлов — технология XXI века. Металлообработка. — № 6. — 2001.
- Холопов Ю.В. Ультразвуковая сварка. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1988. — 224 с.
- Хорбенко И.Г. Ультразвук в машиностроении: 2-е изд., перераб. и доп. -М., Машиностроение, 1974, 280 с.
- Шнейдер Ю.Г. Чистовая обработка металлов давлением. М.-Л.: Машгиз, 1963. — 272 с.
- Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом: 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Машиностроение, 1982.-248 с.
- Ярославцев В.М. Ультразвуковая абразивная обработка. М.: МГТУ им. Баумана, 2004.