Дипломы, курсовые, рефераты, контрольные...
Срочная помощь в учёбе

Повышение геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя при финишной ультразвуковой обработке

Диссертация: Повышение геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя при финишной ультразвуковой обработке
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Для формирования вышеуказанных характеристик качества поверхностного слоя деталей в последнее время широко применяют различные методы отделочно-упрочняющей обработки (ОУО), связанные с поверхностным пластическим деформированием (ППД). При этом предпочтение отдается эффективным и производительным методам, одним из которых является ультразвуковая отделочно-упрочняющая финишная обработка (УЗО… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Стояние вопроса. Цель работы и задачи исследования
    • 1. 1. Анализ основных параметров процесса УЗО поверхностного слоя детали
    • 1. 2. Анализ моделей деформационного взаимодействия инструмента с обрабатываемой заготовкой при УЗО
    • 1. 3. Технологическое обеспечение поверхностным пластическим деформированием требуемой точности обработки, шероховатости и волнистости
    • 1. 4. Выводы и постановка задачи исследования
  • 2. Теоретические исследования качества поверхностного слоя деталей, получаемого в результате УЗО
    • 2. 1. Расчет стойкости инструмента при УЗО
    • 2. 2. Расчет частот механических колебаний при УЗО
    • 2. 3. Математическая модель, устанавливающая связь входных параметров УЗО с выходным параметром шероховатости обработанной поверхности
  • 3. Методика проведения экспериментальных исследований и экспериментальное оборудование
    • 3. 1. Технологическое оборудование, рабочие приспособления, исследуемые образцы
    • 3. 2. Система измерения параметров шероховатости поверхности на базе профилометра Hommel Tester Т
    • 3. 3. Методика и программный модуль портирования топографии поверхности в среду ANSYS (LS-DAYNA)
    • 3. 4. Методика проведения экспериментальных исследований
      • 3. 4. 1. Методика проведения экспериментальных исследований влияния режимов УЗО на геометрические и физико-механические характеристики поверхности детали
      • 3. 4. 2. Расчетно-экспериментальная методика оценки остаточных напряжений после УЗО с учетом реальной шероховатости поверхности
  • 4. Экспериментальные исследования влияния технологических режимов УЗО на геометрические и физико-механические характеристики поверхностного слоя детали
    • 4. 1. Исследование влияния технологических режимов УЗО на параметры шероховатости обработанных поверхностей
    • 4. 2. Исследование влияния технологических режимов УЗО на параметры волнистости обработанных поверхностей
    • 4. 3. Исследование влияния технологических режимов УЗО на изменение номинального диаметра детали
    • 4. 4. Исследование влияния технологических режимов УЗО на микротвердость поверхностного слоя детали
    • 4. 5. Идентификация величины и интенсивности остаточных напряжений в поверхностном слое детали после УЗО расчетноэкспериментальным методом

Повышение геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя при финишной ультразвуковой обработке (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Одной из важнейших задач современного машиностроения является повышение качества и конкурентоспособности выпускаемых изделий. Эксплуатационные характеристики изделий, такие, как надежность, долговечность, износостойкость, контактная жесткость и т. д., в значительной мере определяются комплексом геометрических и физико-механических характеристик качества поверхностного слоя изделий. Данные показатели качества закладываются на стадии проектирования, обеспечиваются при производстве и поддерживаются на всем жизненом этапе эксплуатации изделия. Качество изделий, и прежде всего микрогеометрия и физико-механические свойства их поверхностей, в значительной мере обеспечиваются, как правило, на завершающих стадиях технологического процесса.

Для формирования вышеуказанных характеристик качества поверхностного слоя деталей в последнее время широко применяют различные методы отделочно-упрочняющей обработки (ОУО), связанные с поверхностным пластическим деформированием (ППД). При этом предпочтение отдается эффективным и производительным методам, одним из которых является ультразвуковая отделочно-упрочняющая финишная обработка (УЗО). Данная технология применяется при обработке валов, отверстий, плоскостей, а также фасонных поверхностей большой номенклатуры различных деталей, к качеству которых предъявляют высокие требования.

Исследованиям в области разработки технологии ультразвуковой упрочняющей обработки различных материалов и её внедрения в различные области машиностроения посвящены работы таких российских исследователей, как Смелянского В. М., Маркова А. И., Кудрявцева И. В., Северденко В. П., Клубовича В. В., Степаненко А. В., Розенберга Л. Д., Казанцева В. Ф., Макарова Л. О., Муханова А. И., Ана Г. Д., Голубева Ю. М.,.

Чудинова А.В., Асанова В. Б., Куроедова Ю. Б., Исхакова Г. А., Бляшко Я. И., Гилета В. П., Безнедельного А. И. Синдеева В.И., Холопова Ю. В., Городищенского П. А. и др., а также ряда зарубежных — Neppiras Е.А., Shiro Benjamin P., Pyoun Y.S. и др.

Несмотря на достигнутые результаты, в области исследований процессов ультразвуковой обработки и ее совершенствования, существует ряд вопросов, которым уделялось недостаточное внимание. К таковым относятся вопросы обеспечения стойкости инструмента при заданной чистоте обработанной поверхностиисследования жесткости контакта инструмента с обрабатываемой поверхностьюобеспечения методом УЗО требуемых точностных, геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя деталей на финишных операциях.

Поэтому вопросы дальнейшего совершенствования данного прогрессивного технологического процесса УЗО, с точки зрения повышения производительности и оптимизации режимов обработки с целью обеспечения заданной точности и качества изделий, являются весьма актуальными.

Актуальность выбранной тематики подтверждается тем, что исследование проводилось в рамках научно-технической программы Министерства образования Российской Федерации «Федерально-региональная политика в науке и образовании» 2004 — 2005 гг.

Выводы по четвертой главе.

1. Получены регрессионные уравнения для расчета параметров шероховатости, волнистости, микротвердости и величины изменения номинального диаметра детали в зависимости от режимов обработки и его исходной геометрии штока амортизатора кабин ЗИЛ 4331.

2. На величину параметров шероховатости Ra и Rz наибольшее влияние оказывают диаметр рабочей части инструмента, статическая сила прижатия инструмента и амплитуда его колебаний.

3. На величину волнистости не зависимо от ее направления наибольшее влияние оказывает исходная волнистость поверхности. На величину высотных параметров поперечной волнистости оказывает влияние статическая сила прижатия инструмента к обрабатываемой детали.

4. На величину изменения размера детали наибольшее влияние оказывает исходная шероховатость поверхности и амплитуда ультразвуковых колебаний инструмента.

5. На величину изменения микротвердости образца наибольшее влияние оказывает диаметр инструмента, амплитуда ультразвуковых колебаний и скорость обработки.

6. На основании проведенного численного анализа установлено, что на величину остаточных напряжений оказывает существенное влияние диаметр инструмента и глубина его внедрения.

7. Разработаны и приняты к использованию в действующее производство АМО ЗИЛ практические рекомендации по назначению режимов финишной УЗО, позволяющие повысить геометрические и физико-механические характеристики штока амортизатора кабин автомобиля ЗИЛ-4331.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В рамках диссертационной работы была решена важная научно-практическая задача оптимизации режимов обработки УЗО с целью повышения геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя деталей типа тела вращения на примере штока амортизатора кабины ЗИЛ — 4331.

Получено аналитическое уравнение, устанавливающее связь между допустимыми параметрами глубины микропрофиля, стойкостью инструмента, технологическими параметрами УЗО и характеристикой обрабатываемого материала.

Получено аналитическое уравнение, позволяющее прогнозировать появление в зоне контакта «инструмент — заготовка» автоколебаний, которые могут приводить к снижению стабильности получаемого микропрофиля и стойкости инструмента. Установлена возможность появления автоколебаний в зоне контакта «инструмент — заготовка» при частоте колебаний инструмента /инд = 20кГц.

На основании анализа экспериментальных данных получено аналитическое уравнение для определения выходных параметров шероховатости Rz в зависимости от исходной шероховатости поверхности, режимов УЗО и геометрии инструмента.

Разработана система измерения параметров шероховатости поверхности HW-MSIU Т500, позволяющая проводить автоматизированные измерения и расчет параметров шероховатости по ГОСТ 2789–73, ISO 4287−1.2:1995 и ряда дополнительных. Сохраняемые в цифровом виде результаты измерений могут быть использованы при проектировании технологических процессов в прикладных пакетах программ CAD/CAM систем. Данная система внедрена в действующее производство АМО-ЗИЛ.

Проведенные экспериментальные исследования УЗО штока амортизатора кабин ЗИЛ — 4331 позволили получить регрессионные уравнения для расчета параметров шероховатости, волнистости и величины изменения номинального диаметра детали в зависимости от режимов обработки и его исходной геометрии.

Разработаны, опробована и внедрена в действующее производство АМО ЗИЛ технология финишной обработки штока амортизатора за счет ультразвукового поверхностного воздействия.

Разработана методика и программный модуль портирования топографии поверхности в среду ANSYS (LS-DYNA) с целью прогнозирования величины остаточных напряжений в поверхностном слое детали с учетом реальной топографии поверхности.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Х.М. Разработка математической модели процесса ультразвукового воздействия в схемах комбинированной обработки // Сб. науч. труд. Новосибирского государственного технического университета -Новосибирск: НГТУ, 1998. Вып. 1 (10). — с. 95−104.
  2. О.В. и др. Воздействие мощного ультразвука на межфазную поверхность металлов. М.: Наука, 1986. — 278 с.
  3. М.С., Матлин М. М., Сидякин Ю. И. Инженерные расчеты упругопластической контактной деформации. — М.: Машиностроение, 1986. — 224 с.
  4. Л.Д., Казанцев В. Ф., Макаров Л. О., Якимович Д. Ф. Ультразвуковое резание. М.: Изд-во АН СССР, 1962. — 312 с.
  5. О.В., Хорбенко И. Г., Швегла Ш. Ультразвуковая обработка материалов / Под ред. О. В. Абрамова. М.: Машиностроение, 1984. — 280 с.
  6. И.И. Импульсная упрочняюще—чистовая обработка деталей машин ультразвуковым инструментом. М.: Машиностроение, 1978. — 44 с.
  7. А.И., Устинов И. Д. Ультразвуковое алмазное выглаживание деталей и режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1979. — 54 с.
  8. В.П., Исхакова Г. А. Исследование закономерностей формирования микрогеометрии поверхности при алмазной ультразвуковой упрочняющей чистовой обработке // Сверхтвердые материалы. 1992. — № 1. -с. 45−50.
  9. В.М. Механика упрочнения поверхностного слоя деталей машин в технологических процессах поверхностного пластического деформирования М.: Объединение «МАШМИР», 1992. — 60 с.
  10. И.В. Основы выбора режима упрочняющего поверхностного наклепа ударным способом (методом чеканки). // Повышение долговечности деталей машин методом поверхностного наклепа. ЦНИИТМАШ. М.: Машиностроение, 1965, книга 108. — с. 35−38.
  11. В.В. Гидродробеструйное упрочнение деталей и инструмента. — М.: Машиностроение, 1977. — 166 с.
  12. В.В. Обеспечение параметров качества наружных поверхностей цилиндрических деталей при выглаживании инструментами из минералокерамики и термоупрочненных сталей: — Диссертация кандидата технических наук. Курган, 2000. — 146 с.
  13. Повышение несущей способности деталей машин алмазным выглаживанием / Яценко В. К., Зайцев Г. З., Притченко В. Ф. и др. М.: Машиностроение, 1985. — 232 с.
  14. В.М. Исследование процесса алмазного выглаживания с жестким закреплением инструмента: Диссертация кандидата технических наук. Москва, 1969. — 229 с.
  15. В.Ф. Решение задачи технолога при выглаживании инденторами из термоупрочненных сталей // Сборник тезисов докладов научной конференции. Курган: КГУ, 2000. с. 66.
  16. В.Ф. Выглаживание поверхностей деталей инструментом из термоупрочненных сталей // 27 Гагаринские чтения: тезисы докладов межд. молодеж. науч. конф. Т. 3. -М.: МАТИ, 2002. с. 44−45.
  17. Ю.Г., Мосталыгин Г. П., Марфицын В. В., Дорфман Д. Е. Износостойкость сталей после электроконтактного термоупрочнения // Износостойкость машин: тез. докл. Всесоюзн. научн. техн. конф. Брянск, 1991.-с. 93
  18. Ceramic insight Softening future chock // Tool and Products, 1989, #11. -p. 66−70.
  19. M.C. Определение механических свойств металла без разрушения-М.: Металлургия, 1965.- 171 с.
  20. В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. М.: Наука, 1983. — 280 с.
  21. С.И., Алехин В. П. Испытание материалов непрерывным вдавливанием индентора. М.: Машиностроение, 1990. — 224с.
  22. Hertz Н. Gesammelte werke. Bd. 1, 1895.
  23. Gileta V.P., Formation of a surface at ultrasonic processing. Proceedings. The forth Russian-Korean International Symposium on Science and Technology «KORUS 2000», June 27 — 30, 2000 Ulsan, vol. 3. — p. 150 — 154
  24. Я.С. Расчет параметров микрорельефа цилиндрических вибронакатанных поверхностей деталей машин, приборов и их технологическое обеспечение. Л.: ЛИТМО, 1979. — 97 с.
  25. Я.С. О геометрических характеристиках микрорельефа виброобкатанных цилиндрических поверхностей // Известия вузов «Приборостроение».— 1968. — № 6. с. 106 — 112.
  26. Н.Б., Рыжов Э. В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М., 1981.-244 с.
  27. Н.Б., Рыжов Э. В., Суслов А. Г., Алексеев В. М. Оценка шероховатости и волнистости при расчете контактного взаимодействия деталей машин // Вестник машиностроения, 1975. № 8. с. 27−29.
  28. Лайуни А.Б. Е. Повышение качества поверхности и долговечности деталей методом вибрационной отделочно-упрочняющей обработки: Диссертация кандидата технических наук. — Ростов-на-Дону. — ДГТУ. 1995.
  29. А.Ф. Численное моделирование контактной задачи в рамках квазистатического упругопластического деформирования в пакете ANSIS/LS-DYNA // Нефтегазовое дело. 2004.
  30. Э.В. Рыжов, А. Г. Суслов, В. П. Федоров Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. М.: Машиностроение, 1979. — 176 с.
  31. Mayeur С., Sainsot P., Flamond L. A numerical elastoplastic model for round contact. Trans. ASME. J. Tribol. 1995. — 117, #3. — pp. 422−429.
  32. Hasanov A., Seyidmamedov Z. The solution of an axisymetric inverse elasto-plastic problem using penetration diagrams. Int. J. Non-Linear Mech. -1995.-30, #4.-p. 465−477.
  33. Komvopoulos К. Elastic-plastic finite element analysis of indented layered media // Trans. ASME. J. Tribology. Vol. 111. #3. pp. 430-^139.
  34. Krai E., Komvopoulos K., Bogy P.V. Finite element analysis of repeated indentation of an elastic-plastic layered medium by a rigid sphere. Part 2. Surface results. // Trans. ASME. J. Appl. Mech. 1995. #1. pp. 20−28.
  35. Ю.В. К вопросу об изменении размеров при упрочняющем накатывании легированных сталей // Прогрессивные технологические методы повышения надежности и долговечности деталей машин и инструментов. — Куйбышев. — 1980. — с. 47−48.
  36. О.А. Расчет ожидаемого размера при обработке поверхностным пластическим деформированием // Сб. научных трудов Челябинского политехнического института. 1980. — № 249. — с. 126−132.
  37. Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностей пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. -152 с.
  38. В.А. Влияние метода восстановления на погрешность фомы детали // Повышение качества и надежности транспортных и технологических машин: Межвузовский сборник научных трудов- Хабаровск: ХГТУ, 2000. с. 69−72.
  39. В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами. -М.: Машиностроение, 1975. — 160 с.
  40. Ю.Г. Технология финишной обработки давлением: Справочник. СПб.: Политехника, 1998. — 414 с.
  41. В.А. Восстановление размерной точности деталей поверхностным пластическим деформированием с заданным перераспределением материала: Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Комсомольск на Амуре, 2001.
  42. Н.В. Формирование микрогеометрии упрочненного слоя деталей при локальном и охватывающем поверхностном пластическом деформировании: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Иркутск: ИГТУ, 2002.
  43. Г. Ф., Лагеев Б. М. Образование поверхностей с ЧРМР // Вестник машиностроения. 1998. — № 8. — С. 58−61.
  44. В.М. Алмазное выглаживание. М.: Машиностроение, 1973.-105с.
  45. Л.А., Машков В. Н. Алмазное выглаживание металлопокрытий // Вестник машиностроения. 1969. — № 10. — с. 17−18.
  46. Ю.Г. О вибрационном выглаживании алмазом деталей высокой твердости. «Вестник машиностроения». — 1969. — № 5.
  47. Л.М., Шахов В. И. Технология и приспособления для упрочнения и отделки деталей накатыванием. -М.: Машиностроение, 1964. -184 с.
  48. Е.Ю. Технологическое обеспечение качества нежестких валов асимметричным упрочнением методами поверхностного пластического деформирования: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Пермь. 2002.
  49. Д.Д. Упрочнение деталей обкаткой шариками. — М.: Машиностроение, 1968. 132 с.
  50. Л.Г. Упрочнение и отделка поверхности деталей пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1987. — 327 с.
  51. М.С. Технология упрочнения. Т.1. и Т.2. М.: Машиностроение, 1995. — 685 с.
  52. В. Технология поверхностной пластической обработки. М.: Металлургия, 1991. — 479 с.
  53. Neppiras Е.А. Ultrasonic machining. —' «Metalworking Production, v.100.N 27−31, 33−34.
  54. Neppiras E.A. Ultrasonic Welding of metals. Ultrasonics, July-Sep tember, 1965, p. 123−125.
  55. Shiro Benjamin P. Method and apparatus for applying ultrasonic energy to a workpiece. Pat. USA, kl. 134−1 (B08 7/02), Xs 3 535 159 от 7.XII.1967.
  56. C.B. Обеспечение качества деталей машин методом ударной обработки. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., МГАПИ, 2002.
  57. В.М. Механика упрочнения поверхностного слоя деталей машин при ППД // Вестник машиностроения. 1982. № 11. с. 4 6.
  58. В.Ф. Основы теории резания металлов -М.: Машиностроение, 1975. 344 с.
  59. А.Д. Оптимизация процессов резания. М.: Машиностроение, 1976. —278с.
  60. В.Н. Обработка резанием жаростойких и труднообрабатываемых материалов. — М.: Высшая школа, 1965. — 520 с.
  61. К.С. Вопросы точности при резании металлов. М.: Машгиз, 1961.-210 с.
  62. О.В., Королева Е. М. Классификация механических колебаний технологических систем // Прогрессивная отделочно— упрочняющая технология: Межвуз. сб. Ростов н/Д: Ин-т с.-х. машиностроения, 1981.-е. 105−110.
  63. И.В. и др. Основы расчетов на трение и износ / И. В. Крагельский, Н. М. Добычин, B.C. Комбалов. -М.: Машиностроение, 1977. — 526 с.
  64. Talyrond 200 system. Operator’s handbook. Rank Taylor Hobson. England.
  65. Remote HOMMEL Tester T500. Instructon manual.
  66. H.B., Зайдес C.A. Анализ напряженно-деформированного состояния при моделировании микронеровностей упрочняемых поверхностей. Механика деформируемых сред в технологических процессах. Иркутск, 2000. — с. 101 — 105.
  67. Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. —М.: Наука, 1970.-с. 227
  68. С.Б., Форенталь М. В. Идентификация параметров модели материала расчетно-экспериментальным методом с использованием пакетов ANSIS и LS-DYNA // Нефтегазовое дело. 2004.
  69. Э.В., Горленко О. А. Математические методы в технологических исследованиях / АН УССР, Ин-т сверхтвердых материалов. Киев: Наук, думка, 1990. 184 с.
  70. А.Г., Горленко О. А. Экспериментально-статистический метод обеспечения качества поверхности деталей машин: Монография. — Машиностроение 1, 2003. — 303 с.
  71. B.C. Оценка триботехнических свойств контактирующих поверхностей. М.: Наука, 1983. 136 с.
  72. Suri Bala Modeling rigid in LS-DYNA. FEA information newsletters -vol. 1,2002.
  73. John O. Hollquist et al. LS-DYNA keyword users manual, vol. 1−2, LSTC, 2001.
  74. Suri Bala Contact modeling in LS-DYNA. FEA information newsletters -vol. 8 11,2001.
  75. В. Д., Малюкова Р. П. Усилия и деформации при продольном ударе. // Расчеты на прочность. Вып. 10. М., Машиностроение, 1964.-с. 52−61.
  76. И. А. Остаточные напряжения. — М.: Машгиз, 1963. -232с.
  77. И. Автоколебания при шлифовании // Станки и инструмент. -1975.-№ 6.-с. 24−27.
  78. .П. Осесимметричная контактная задача для упругого тела с поверхностным слоем: Тез. докл. Всесоюзн. научн.-технич. семинара по контактной жесткости в машиностроении. Тбилиси, 1974. — с. 101−103.
  79. А. А. Основные соотношения для расчета контурных давлений и других характеристик контакта в стыке твердых шероховатых тел. // Расчетные методы оценки трения и износа. Брянск: Приокское кн. изд-во, 1375,-с. 152−185.
  80. В.А. Технологическое обеспечение качества поверхности деталей при вибрационной ударно—импульсной обработке: Дис. канд. техн. наук. 05.02.08., Ростов-на-Дону, 1984.-е. 234.
  81. PATTERN APPROVAL CERTIFICATE OF MEASURING INSTRUMENTS1. RU.C.27.004.AJVs.Л.7Ш.
  82. Действителен до. 01» мая 2009
  83. Описание типа средства измерений приведено в приложении к настоящему сертификату.
  84. Заместитель Председатели—/ В.Н.Крутиков
  85. Госстандарта России^^-.?-'—fv/s. X Л* .200/, .1. Продлен ло200 г.
  86. Заместитель Пред^дУт^цм^^^ Госстандарта РоссиЧ. 44¦200 г. 170fifl71. Утверждаю ГОУ МГИУ1. Н. Г. Хохлов 200V г. 1. Главный1. Утверждаю (олог АМО ЗИЛ1. Н. А. Курочкин 2004 г. 1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ
  87. От ГОУ МГИУ: Научный £)ушводитель1. Порошин В.В.
  88. От АМО ЗИЛ Главный метрологг*^*:?Крь1Л0 В В.И.1. Ответеисполнители1. Боровин Ю. М. Кастюк А.Г.
  89. Описание интерфейса программного модуля портирования топографии поверхности в среду ANSYS (LS-DYNA)
  90. После загрузки поверхности в правой части страницы в разделе «Информация» отображаются сведения о ее параметрах: длина, ширина, максимальная, минимальная и средняя высоты, количество трасс и точек в одной трассе (рис. 3).
  91. Рис. 1. Стартовая страница модуляа
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!