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

Разработка расчетно-экспериментального метода анализа и контроля охлаждающей способности закалочных сред с использованием датчика градиентного типа

Диссертация: Разработка расчетно-экспериментального метода анализа и контроля охлаждающей способности закалочных сред с использованием датчика градиентного типа
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

С учетом анализа опыта использования полимерных закалочных сред в промышленности выбраны закалочные среды с обратимой растворимостью ЗАК-ПГ и Камгидрол-ЗАК и проведено их опробование для закалки деталей из различных сталей. По результатам опробования даны рекомендации для промышленного применения вышеуказанных сред (табл. 20). Закалочные среды ЗАК-ПГ и Камгидрол-ЗАК в концентрациях, приведенных… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА 1. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКАЛОЧНЫХ СРЕД
    • 1. 1. Особенности охлаждения деталей в различных закалочных средах
      • 1. 1. 1. Закалочные среды и области их применения
      • 1. 1. 2. Физические процессы, протекающие на поверхности охлаждаемых деталей
    • 1. 2. Методы оценки охлаждающей способности закалочных сред
      • 1. 2. 1. Прямые методы исследования охлаждающей способности закалочных сред
      • 1. 2. 2. Косвенные методы оценки охлаждающей способности закалочных сред
      • 1. 2. 3. Оценка охлаждающей способности с помощью градиентных датчиков
    • 1. 3. Методы использования характеристик закалочных сред для прогнозирования свойств детали после закалки
      • 1. 3. 1. Метод С>ТА
      • 1. 3. 2. Расчет распределения структуры по сечению детали
      • 1. 3. 3. Нейросетевые методы решения практических задач

Разработка расчетно-экспериментального метода анализа и контроля охлаждающей способности закалочных сред с использованием датчика градиентного типа (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Проблема повышения качества и увеличения конкурентоспособности выпускаемой продукции является весьма актуальной для машиностроения. В целом в промышленности наблюдается тенденция перехода от крупносерийного к мелкои среднесерийному производству. Для обеспечения надлежащего качества необходима специализация технологических процессов изготовления деталей с учетом условий их последующей эксплуатации. В термическом производстве проблема специализации процессов закалки может быть решена путем расширения круга закалочных сред прежде всего за счет применения новых сред на основе водных растворов полимеров.

В последние годы разработаны различные среды для закалки, но их внедрение в термическое производство сдерживается отсутствием данных об их охлаждающей способности, необходимых для прогнозирования поведения деталей в процессе охлаждения. Возникает необходимость проведения большого числа экспериментов для определения рационального режима охлаждения различных групп деталей. Актуальность оценки охлаждающей способности закалочных сред в полной мере относится к полимерным закалочным средам, которые ввиду их экологической чистоты и пожаробезопасности были разработаны как альтернатива закалочным маслам. Характерная особенность полимерных закалочных сред — изменение их охлаждающей способности в процессе эксплуатации, что требует внедрения методов и средств для систематического контроля охлаждающей способности закалочных сред. Известные датчики охлаждающей способности имеют ряд недостатков, которые не позволяют успешно использовать их для целей выбора и контроля. Поэтому, несмотря на то, что разработка полимерных закалочных сред ведется уже многие годы, количество машиностроительных предприятий, на которых эти среды применяются в массовом термическом производстве, весьма невелико.

Таким образом, актуальной задачей для успешного решения проблемы повышения качества закалки является разработка методов и средств для исследования охлаждающей способности закалочных сред, прогнозирования результатов закалки в различных средах, а также методов контроля охлаждающей способности в промышленных условиях.

Цель работы. Повышение качества и эффективности термической обработки деталей в результате применения полимерных закалочных сред на основе разработки расчетно-экспериментального метода анализа и контроля их охлаждающей способности.

Для достижения указанной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1) Разработать метод оценки теплового потока при поверхностном растечении тепла в процессе закалочного охлаждения и конструкцию датчика охлаждающей способности градиентного типа.

2) Создать расчетно-экспериментальны комплекс, включающий в себя:

— датчик охлаждающей способности градиентного типа;

— оборудование для нагрева и охлаждения датчика и систему регистрации и обработки сигналов датчика;

— программное обеспечение для расчета тепловых полей и распределения твердости в деталях при закалке в различных полимерных средах.

3) Установить закономерности охлаждения и изменения структуры и свойств сталей при закалке в различных закалочных средах.

4) Разработать метод контроля охлаждающей способности закалочных сред в промышленных условиях.

5) Провести промышленное опробование полимерных закалочных сред для термообработки деталей и разработать рекомендации их применения для закалки типовых деталей машин и инструмента с целью повышения качества термической обработки.

Научная новизна работы заключается в:

1) разработке нового метода определения охлаждающей способности закалочных сред, включающего принцип оценки локального теплового потока на поверхности в процессе закалки, положенный в основу новой конструкции датчика градиентного типа, а также математическую модель теплообмена на поверхности закаливаемого металла, позволяющую рассчитывать температурные зависимости коэффициентов теплоотдачи закалочных сред;

2) установлении экспериментальных зависимостей коэффициентов теплоотдачи от состава закалочных сред, выявленных путем оценки локального теплового потока с помощью датчика градиентного типа;

3) установлении закономерности влияния состава закалочных сред на структуру и свойства сталей после закалки;

4) сравнительном анализе кривых охлаждения различных закалочных сред, положенном в основу метода контроля охлаждающей способности закалочных сред в промышленных условиях;

5) анализе возможности применения нейросетевого моделирования для расчета распределения твердости по сечению после закалки.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

1) Создан расчетно-экспериментальный комплекс для оценки охлаждающей способности закалочных сред и прогнозирования свойств закаленных деталей, включающий в себя градиентный датчик, систему регистрации сигналов датчика, модели для расчета коэффициентов теплоотдачи закалочных сред, тепловых полей и распределения твердости в закаливаемых деталях. Применение комплекса обеспечивает научно обоснованный выбор состава закалочной среды для достижения требуемого качества и свойств закаливаемых деталей.

2) Разработан и опробован в промышленных условиях метод контроля охлаждающей способности закалочных сред. Метод позволяет поддерживать требуемый состав закалочной ванны в процессе эксплуатации и тем самым дает возможность использовать прогрессивные экологически чистые закалочные среды, требующие более тщательного контроля по сравнению с традиционно применяемыми закалочными маслами.

3) Установлены оптимальные концентрации полимерных закалочных сред, обеспечивающие требуемое качество стальных деталей. Даны рекомендации по промышленному применению полимерных закалочных сред с обратимой растворимостью для закалки деталей из подшипниковых, конструкционных и инструментальных сталей.

Автор выражает глубокую признательность профессору, д.т.н. A.M. Макарову и доценту, к.т.н. А. Г. Ксенофонтову за научные консультации при выполнении и оформлении работы, а также коллективу кафедры «Материаловедение» за всестороннюю помощь и поддержку.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

Разработан расчетно-экспериментальный метод анализа и контроля охлаждающей способности закалочных сред, который дал возможность повысить качество и эффективность термической обработки деталей с применением полимерных закалочных сред оптимального состава. При достижении поставленной цели были решены следующие научно-прикладные задачи:

1. Разработана математическая модель теплообмена в условиях поверхностного растечения тепла, на основе которой выполнено расчетное обоснование градиентного метода оценки теплового потока и определены геометрические размеры термочувствительного элемента датчика градиентного типа.

2. Создана установка для исследования охлаждающей способности закалочных сред, для функционирования которой разработаны и изготовлены два типа конструкции градиентных датчиков и создана компьютерная программа для расчета коэффициентов теплоотдачи закалочных сред по результатам их испытания с помощью градиентных датчиков.

3. Получены температурные зависимости коэффициентов теплоотдачи различных закалочных сред на основе исследований их охлаждающей способности.

4. На основе применения нейросетевого моделирования показана возможность прогнозирования твердости закаленных сталей с использованием в качестве исходных данных расчетных кривых охлаждения и химического состава сталей.

5. Разработан метод контроля охлаждающей способности закалочных сред в промышленных условиях, основанный на сравнительном анализе кривых охлаждения закалочных сред. Метод и разработанные для его применения методики позволяют поддерживать оптимальный состав закалочной ванны в процессе эксплуатации и тем самым дают возможность использовать в термическом производстве экологически чистые полимерные закалочные среды, которые требуют более тщательного контроля по сравнению с традиционно применяющимися закалочными маслами.

6. Проведено промышленное опробование охлаждающих сред с обратимой растворимостью для закалки деталей из различных сталей. Установлено, что требуемые свойства деталей обеспечиваются при закалке:

— шариков и роликов подшипников из стали ШХ15 в (19.23)% растворах среды ЗАК-ПГ;

— колец из цементуемых сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ в (5.27)% растворах среды ЗАК-ПГ, при этом величина закалочных деформаций колец в 1,3 раза меньше, чем при закалке в масло;

— поковок деталей автомобиля из сталей 45, 40Р, 40Х, 40ХН, 50ХФА, а также заготовок и инструментов из сталей ХВГ, 9ХС, 60С2ВА, У8А, ЗХ2В8, Р6М5 в (6.9)% растворах среды Камгидрол-ЗАК.

7. Показана высокая эффективность полимерных закалочных сред оптимального состава при обработке промышленной партии роликов подшипника (17 000 штук) в 23% растворе ЗАК-ПГ. В результате применения 9% раствора Камгидрол-ЗАК для закалки пластин отрезных резцов из стали Р6М5 резцы показали стойкость не хуже, чем резцы с пластинами, закаленными в масло.

8. Даны рекомендации по рациональным составам полимерных закалочных сред для их эффективного применения в термическом производстве при проведении закалки деталей из подшипниковых, конструкционных и инструментальных сталей.

6.4.

Заключение

.

С учетом анализа опыта использования полимерных закалочных сред в промышленности выбраны закалочные среды с обратимой растворимостью ЗАК-ПГ и Камгидрол-ЗАК и проведено их опробование для закалки деталей из различных сталей. По результатам опробования даны рекомендации для промышленного применения вышеуказанных сред (табл. 20). Закалочные среды ЗАК-ПГ и Камгидрол-ЗАК в концентрациях, приведенных в таблице, могут быть рекомендованы к применению для закалки деталей, имеющих сходные с приведенными в таблице конфигурации и размеры. ff.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В. Закалочные среды: Справочник / Под ред. С. Б. Масленкова: Пер. с польск. — Челябинск: Металлургия, Челябинское отделение, 1990. — 192 с.
  2. В.А., Шугай К. К. Использование водных растворов моносульфитного щелока для закалки деталей после динамического горячего прессования // Металловедение и термическая обработка металлов. 1986. -№ 10. — С. 35−36.
  3. Закалочная среда ПК-2 / В. В. Горюшин, В. Ф. Арифметчиков, А. К. Цветков и др. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1986. -№ 10.-С. 9−13.
  4. В.М., Дунаев Н. В., Яхнин A.C. Закалка крупных поковок в охлаждающей среде на основе водорастворимого полимера // Металловедение и термическая обработка металлов. 1986. — № 10. — С. 1316.
  5. К.Д., Едемский С. Г. Новая полимерная закалочная среда УЗСП-1 // Металловедение и термическая обработка металлов. 1986. — № 10. -С. 29−31.
  6. В.В. Свойства улучшаемых сталей после закалки в водных растворах УЗСП-1 // Металловедение и термическая обработка металлов. 1989. — № 5. — С. 5−7.
  7. Т.Д. Эксплуатационные характеристики закалочной полимерной среды УЗСП-1 // Синтез, свойства и применение водорастворимых полимеров. Ярославль, 1989. — С. 14.
  8. С.Л., Комов В. И., Мирзабекова Н. С. Водополимерная закалочная среда Лапрол-ЗС // Металловедение и термическая обработка металлов. 1993. — № 4. — С. 5−7.
  9. П.В., Оловянишников В. А. Влияние молекулярной массы среды УЗСП-1 на ее охлаждающую способность // Металловедение и термическая обработка металлов. 1991. — № 4. — С. 17−20.
  10. О влиянии вязкости водных растворов полимеров на охлаждающую способность / Г. Т. Божко, О. А. Банных, М. Н. Тропкина и др. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1983. — № 11. — С. 1214.
  11. Теория тепло- и массообмена / Под ред. А. И. Леонтьева. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. — 683 с.
  12. Н.И., Констанчук Д. М. Оценка охлаждающей способности с использованием характеристик процесса кипения // Металловедение и термическая обработка металлов. 1973. — № 10. — С. 2832.
  13. Н.И. Закалка сталей в жидких средах под давлением. -Киев: Наукова думка, 1982. 224 с.
  14. Moore D. Developments in Liguid Quenchants // Heat Treatment of Metals. 1999. — Vol. 26, № 3. — P. 68−71.
  15. Hilder N. A. The Behaviour of Polymer Quenchants // Heat Treatment of Metals. 1987. — Vol. 14, № 2. — P. 31−46.
  16. C.B., Бутовский М. Э., Боброва А. А. Исследование закалочных сред на основе водных растворов полиэтиленгликоля // Известия вузов. Черная металлургия. 1998. — № 4. — С. 39−41.
  17. Н.И. Интенсификация технологических процессов термической обработки деталей энергетического оборудования. — Киев: Знание УССР, 1986. 20 с.
  18. Luty W. Die Reproduzierbarkeit der Abschreckkurven bei der Untersuchung von Polymerlosungen und Olen // Harterei Technische Mitteilungen. 1983. — Bd. 38. — № 6. — S. 263−267.
  19. Faulkner C.H. Causes of Quenching Problems // Advanced Materials and Processes. 1998. — № 2. — P. 36aa-36cc.
  20. Segerberg S., Bodin J. Variation in the Heat Transfer Coefficient Around Components of Different Shapes During Quenching // Proceedings of the
  21. First International Conference on Quenching and Control of Distortion. Chicago (Illinois, USA), 1992.-P. 196−199.
  22. Г. М., Стицельбергер-Якоб П. Влияние повторного смачивания на процессы закалки //Промышленная теплотехника. — 1989. — Т. 11, № 4.-С. 57−66.
  23. B.C. Анализ и моделирование процессов охлаждения при закалке сталей в водополимерных средах: Автореф. дисс.. канд. техн. наук.-Л., 1989. -18 с.
  24. Commission Mixte ATTT-SFM: Drasticite des huiles de trempe. Essai au capteur d’argent. Paris, 1983. — 13 p.
  25. Wolfson Heat Treatment Center: Laboratory Test for Accessing the Quenching Characteristics of Industrial Quenching Media. Birmingham, 1982. -27 p.
  26. ISO 9950:1995(E). Industrial quenching oils Determination of cooling characteristics — Nickel-alloy probe test method. — Geneve: International Organization for Standardization, 1995. — 9 p.
  27. Totten G.E. Standards for Cooling Curve Analysis of Quenchants // Heat Treatment of Metals. 1997. — Vol.12, № 4. — P. 92−94.
  28. Totten G.E., Bates C.E., Clinton N.A. Handbook of Quenchants and Quenching Technology. Cleveland: ASM International, 1993. — P.69−129.
  29. А.Г., Шевченко С. Ю. О критериях оценки охлаждающей способности закалочных сред // Металловедение и термическая обработка металлов. 1998. — № 10 — С. 18−21.
  30. Grossmann М.А., Asimov М., Urban S.F. The Hardenability of Alloy Steel. Cleveland: ASM, 1939. — P. 124−180.
  31. Liscic B. Moglichkeiten der Berehnung, Messung und Steuerung des Temperaturverlaufes beim Abschrecken // Neue Hutte. 1983. — № 11. — S. 405 411.
  32. Svaic S. Simulation of Cooling a Cylinder in the Surroundings of Arbitrary Chosen Temperature. Zagreb: University of Zagreb, 1991. — 26 p.
  33. Wunning J., Liedtke D. Versuche zum Ermitteln der Warmesdromdichte beim Abschrecken von Stahl in Flussigen Abschreckmitteln nach der QTA-Methode // Harterei Technische Mitteilungen 1983. — Vol. 38. -P. 149−155.
  34. Tensi H.M., Stich A. Possibilities and Limits to Predict the Quench Hardening of Steel // Proceedings of the First International Conference on Quenching and Control of Distortion. Chicago (Illinois, USA), 1992. — P. 27−32.
  35. JI.E., Попов A.A. Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана. М.: Металлургия, 1991. — 502 с.
  36. Shimizu N. Effect of Discontinuous Change in Cooling Rate During Continuous Cooling in Pearlite Transformation Behaviour of Steel // Netsu Shori. 1977.-Vol. 17, № 5.-P. 275−279.
  37. Wang K.F., Chandrasekar S, Yang H.T.Y. Experimental and Computational Study of the Quenching of Carbon Steel // Journal of Manufacturing Science and Engineering. August 1997. — Vol. 119. — P. 257−265.
  38. В.Д., Юрьев А. Б. Математическое моделирование неизотермического превращения в доэвтектоидных сталях. // 5 собрание металловедов России: Тез. докл. Краснодар, 2001. — С. 52−53.
  39. Дж. Теория превращений в металлах и сплавах. — М.: Мир, 1978.-806 с.
  40. A.A., Шумский С. А. Нейрокомпьютинг и его применения в экономике и бизнесе. М.: МИФИ, 1998. — 224 с.
  41. Holland J.H. Adaptive Algorithms for Discovering and Using General Patterns in Growing Knowledge-bases // Int. Journ. Of Policy Analysis and Information Systems. 1980. — P. 217−240.
  42. Goldberg D.E. Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning. London: Addison Wesley Publishing Company, Inc., 1989. -357 p.
  43. В.В., Ясиновский С. И. Введение в интеллектуальное имитационное моделирование сложных дискретных систем и процессов. Язык РДО. М.: АНВИК, 1998. — 427 с.
  44. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытания на растяжение. М., 1997.-38 с.
  45. Е.И. Пустыльник. Статистические методы анализа и обработки наблюдений. М.: Наука, 1968. — 288 с.
  46. Пат. 2 008 635 (РФ). Датчик теплового потока / А. Е. Александров, А. Г. Галянов, Б. А. Прусаков и др. // Б.И. 1994. — № 4
  47. A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. — 599 с.
  48. С.А., Герман А. Д., Муратова Т. В. Дифференциальные уравнения: Учеб. для вузов / Под ред. B.C. Зарубина, А. П. Крищенко. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1997. — 336 с.
  49. А.Н., Самарский A.A. Уравнения математической физики. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. — 798 с.
  50. А.П., Бабушкина H.A., Братковский A.M. Физические величины. -М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.
  51. Е.И. Промышленные печи: Справочное руководство для расчетов и проектирования. М.: Металлургия, 1975. — 368 с.
  52. Пат. 2 221 226 (РФ). Датчик теплового потока / А. Г. Ксенофонтов, Б. А. Прусаков, С. Ю. Шевченко // Б.И. 2004. — № 1.
  53. Л. Применение метода конечных элементов. М.: Мир, 1979.-267 с.
  54. Марочник сталей: Справочник / Под ред. В. Г. Сорокина. М.: Машиностроение, 1980. — 466 с.
  55. Теплофизические свойства веществ: Справочник / Под ред. Н. Б. Варгафтика. М.: Машгиз, 1956. — 311 с.
  56. А.И. Теория нейронных сетей. М.: ИПРЖР, 2000.416 с.
  57. Ф. Нейрокомпьютерная техника. М.: Мир, 1992.240 с.
  58. Бэстенс Д.-Э., ван ден Берг В.-М., Вуд Д. Нейронные сети и финансовые рынки: принятие решений в торговых операциях. М.: ТВП, 1997.-236 с.
  59. М.И., Ксенофонтов А. Г., Прусаков Б. А. Применение датчиков цилиндрического типа для оценки охлаждающей способности закалочных сред // 3-е Собрание металловедов России.: Тез. докл. Рязань, 1996. — С.68−69.
  60. Fletcher J., Griffiths W.D. Quenching of Steel Plates in Sodium Polyacrylate Solutions // Materials Science and Technology. 1993. — Vol. 9, № 2. -P. 176−182.
  61. B.B., Ксенофонтов А. Г., Шевченко С. Ю. Исследование кинетики охлаждения подшипниковой стали в полимерной закалочной среде УЗСП-1 // Металловедение и термическая обработка металлов. 1997. — № 7. -С. 14−17.
  62. Водно-полимерная закалочная среда для оптимизации охлаждения при закалке / В. И. Комов, В. Г. Давыдов, Л. Б. Бер и др. // Технология легких сплавов. 1998. — № 4. — С. 23−29.
  63. РТМ 37.006.155−75. Нормы и методы контроля термической обработки деталей подшипников общего и специального назначения из стали ШХ. М.: ВНИПП, 1987. — 29 с.
  64. РД 37.006.113−91. Нормы и методы контроля качества химико-термической и термической обработки деталей подшипников общего и специального назначения из цементуемых сталей. М.: ВНИПП, 1991. — 20 с. 1. УТВЕРЖДАЮ"1. УТВЕРЖДАЮ"
  65. Зам. главного инженера главный металлург ОАО «1^П» (ГПЗ-1)1. Марсель A.B.1. Jj 1998 г.
  66. Зав. кафедрой МТ-8 МГТУ им. Н. Э. Баумана, профессор, д.т.н.1. Прусаков Б.А.1. УА се^/^л^л 1998 г.1. АКТо промышленных испытаниях закалочной среды ЗАК-ПГ
  67. К 09.07.98 г. концентрацию полимера в закалочном баке повысили до 22,8%. Было обработано две кассеты (17 000 штук) роликов типа 7510. Их качество соответствовало требованиям РТМ. Закалочных трещин не наблюдалось.
  68. Таким образом, на промышленном оборудовании в цеховых условиях подобран режим закалки в водном растворе закалочной среды ЗАК-ПГ, позволяющий получать ролики требуемого качества.
  69. Закалочная среда ЗАК-ПГ с концентрацией полимера 22.8% обеспечивает получение необходимого качества изделий в соответствии с требованиями чертежа и РТМ-
  70. Разработчику и производителю ЗАК-ПГ необходимо выяснить причины возникновения запаха и принять меры к предотвращению его появления-
  71. Производителю изыскать возможность замены испортившейся закалочной жидкости на новую с учетом пЛ-
  72. Ведущий научный сотрудник, д.х.н. (^tlotsjo^ ?с/^е"/МирзабековаН.С.
Заполнить форму текущей работой

Заказал и сдал!