Актуальность темы
Ультразвуковая упрочняющая обработка (УУО) -один из методов поверхностного пластического деформирования (ППД). Благодаря данному методу возрастает микротвердость поверхностей, уменьшается шероховатость, улучшается совместимость материалов деталей пар трения, снижается износ во время приработки.
Разработанные, исследованные и внедренные в практику в 1972 г. д.т.н. A.B. Телевным основы модифицирования поверхностного слоя на основе объемной микропластичности, и созданный на их основе метод ударно-акустической обработки (УАО), являющийся разновидностью УУО, обеспечили внедрение в серийное производство авиационной и космической техники, а также в ремонтное производство для автомобильной промышленности механических систем для УУО. Однако в настоящее время отсутствует четкая методика назначения режимов УУО при обработке поверхностей деталей пар трения.
Учитывая возрастающие требования к качеству и необходимость обеспечения долговечности деталей в процессе эксплуатации, являются актуальными исследования, направленные на разработку методики назначения рациональных режимов обработки, при которых обеспечивается высокая износостойкость поверхностного слоя, и разработку методики проектирования технологической операции УУО.
Объектом исследования является процесс УУО с одновременным нанесением твердого смазочного покрытия и качество рабочих поверхностей и поверхностного слоя деталей после обработки.
Цель данной работы — повышение качества, износостойкости рабочих поверхностей деталей пар трения путем назначения рациональных технологических параметров УУО с одновременным нанесением твердого смазочного покрытия.
Задачи работы заключались в следующем:
1. Разработать расчетные схемы контакта индентора и обрабатываемой поверхности детали при УУО.
2. Разработать формулы для нахождения параметров площадки контакта инструмента и детали от геометрических параметров инструмента и детали и свойств материала детали. Получить зависимости подачи инструмента, частоты вращения заготовки, статической силы прижима инструмента от параметров площадки контакта инструмента и детали, позволяющие назначать технологические режимы обработки, при которых достигается высокая износостойкость обрабатываемой поверхности.
3. Провести экспериментальные исследования влияния режимов УУО на износостойкость деталей пар трения и определить на их основе рациональные режимы УУО, обеспечивающие высокую износостойкость деталей пар трения.
4. Разработать методику проектирования операции УУО.
Теоретические исследования в работе проводились на основе научных положений технологии машиностроения, трибологии, теории планирования эксперимента и математического моделирования. Экспериментальные исследования проведены с использованием лабораторной контрольно-измерительной аппаратуры и оборудования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработаны формулы для определения параметров развертки площадки контакта ультразвукового инструмента и детали, полученные на основе рассмотрения их взаимодействия в зависимости от геометрических параметров и свойств материала деталиполучена зависимость для нахождения развертки фактической площади контакта ультразвукового инструмента и детали при обработке.
2. Получены зависимости для подачи инструмента, частоты вращения шпинделя, включающие характеристики регулярного микрорельефа — величины коэффициентов перекрытия (обработанности), позволяющие назначать технологические режимы обработки, при которых достигается высокая износостойкость обрабатываемой поверхности.
3. Установлены экспериментальные зависимости износостойкости обрабатываемых поверхностей деталей от параметров УУО с внедрением твердой смазки, и от значений общего коэффициента обработанности, и подобраны на их основе рациональные технологические режимы обработки.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1. Разработана методика проектирования операции УУО с внедрением твердой смазки.
2. Разработана компьютерная программа по расчету режимов УУО.
Результаты работы получены с использованием статистических методов обработки экспериментальных данных, адекватность экспериментальных моделей проверена покритерию Стьюдента.
Результаты научных исследований рекомендованы к внедрению в виде методики назначения рациональных режимов обработки в ОАО «НИИ технологии, контроля и диагностики железнодорожного транспорта» г. Омск.
Представленные в диссертационной работе исследования связаны с выполнением аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2006 — 2008 г. г.).
Основные положения диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры «Технология машиностроения» ОмГТУ при курсовом и дипломном проектировании.
Материалы исследований доложены и обсуждены на научных семинарах и расширенном заседании кафедры «Технология машиностроения» (ОмГТУ, Омск) в 2008;2010 г. г.- на III Международной научно-технической конференции «Энергетика, экология, энергосбережение, транспорт» (Омск, 2007) — на IV Международном технологическом конгрессе «Военная техника, вооружение и современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения» (Омск, 2007) — на VI Международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин» (Омск, 2007) — на Юбилейной межвузовской научно-практической конференции аспирантов, студентов и молодых исследователей «Теоретические знания — в практические дела» (Омск, 2008) — на научных семинарах кафедры «Общая технология машиностроения» Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова (Барнаул, 2008 — 2009).
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ку — коэффициент усиления амплитуды ультразвукового концентратора- ?1 — диаметр входной части концентратора- ?/2 — диаметр выходной части концентратора;
Утах — максимальная скорость главного движения ультразвукового упрочнения, мм/с;
Уср — средняя скорость главного движения ультразвукового упрочнения, мм/с- /- частота колебаний ультразвукового инструмента, 1/с-? — амплитуда колебаний ультразвукового инструмента, мм- ¥-д — максимальная скорость деформирования поверхностного слоя, мм/сУ.
Iинтенсивность ультразвука, Вт/м — р — плотность среды, кг/м — с — скорость распространения ультразвука, м/сЯволн — площадь поперечного сечения волновода, мм2- п — частота вращения шпинделя станка, об/мину- шаг соударений ультразвукового инструмента с обрабатываемой поверхностью, мм;
В — диаметр обрабатываемой детали, мм;
Т0 — основное время обработки, мин;
Ь — длина обрабатываемой поверхности, мм;
I — число проходов инструмента;
3&bdquo-Род — продольная подача инструмента, мм/обк — число полусфер ультразвукового инструмента;
НУмикротвердость поверхности, Н/мм ;
Яа — шероховатость поверхности, мкмл ат — предел текучести материала детали, Н/м — Рст — статическая сила прижима инструмента, На — малая полуось развертки площадки контакта ультразвукового инструмента и заготовки, мм;
Ь — большая полуось развертки площадки контакта ультразвукового инструмента и заготовки, ммк — глубина внедрения инструмента в поверхность детали, ммЯ] — радиус индентора ультразвукового инструмента, ммЯпр — приведенный радиус поверхностей контактирующих тел, ммНДпластическая твердость материала обрабатываемой детали, НУмм2- Я2 — радиус обрабатываемой поверхности детали, мм- •^п.конт. ~ площадь пятна контакта инструмента и заготовки, мм2- Рк — фактическая площадь развертки площадки контакта инструмента и заготовки, мм2;
К&bdquo- - коэффициент перекрытия в направлении подачиткдейст. ~ действительный коэффициент перекрытия в направлении подачи;
— коэффициент перекрытия в окружном направлении- / - величина сдвига площадки контакта в окружном направлении, мм. а — угол поворота заготовки между двумя соударениями, радКп.дейст. — действительный коэффициент перекрытия в окружном направлении;
Яср — средний радиус обработки, мм;
Л5 — коэффициент обработанности в направлении подачи;
Лп — коэффициент обработанности в окружном направлении;
Лп5 — общий коэффициент обработанности;
2 — деформируемый микрообъем металла, мм3- йс — диаметр сферы индентора, мм;
Нтах — максимальная глубина внедрения индентора, мм;
— площадь поперечного сечения волновода, мм2- Д, — диаметр обрабатываемой поверхности до обработки, мм;
— припуск под обработку, ммх1 — доля 1-го параметра в исследуемом процессе;
7 — число параметров в процессесг2{у} - дисперсия предсказанного значения усг2{у} - дисперсия воспроизводимости экспериментаxi — координаты точки, в которой определяется дисперсия и — критерий Стьюдента;
Аа — площадь касания образцов, м ;
— путь за один оборот, мА ()~ изменение веса образцов, г;
ДТУ — число оборотов образца между взвешиванием образцо весовой износ образца, г/м3- Ь — путь трения образца, мББТряд значений подач станкаN3 — количество подачNN-количество частот вращенияN87- ряд значений частот вращения станкаППД — поверхностно-пластическое деформированиеУ АОударно-акустическая обработкаУЗО — ультразвуковая обработкаУУО — ультразвуковая упрочняющая обработка.
