ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ГИДРОДРОБЕСТРУЙНОМ УПРОЧНЕНИИ
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ
ДЕФОРМИРОВАНИЕМ 12
1.1 Сущность гидродробеструйного способа упрочнения 12
1.2 Влияние остаточных напряжений и наклепа на повышение долговечности
деталей машин 13
1.3 Связь технологических параметров и режимов упрочнения 18
1.4 Расчет остаточных напряжений при дробеструйном упрочнении 23
1.5 Приспособляемость материала при упрочнении 26
Выводы по разделу 30
2 РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 32
2.1 Описание процесса формирования остаточных напряжений 32
2.2 Модель однократного удара 44
2.3 Допущения модели однократного удара 50
2.3.1 Влияние динамических факторов 50
2.3.2 Влияние шероховатости 51
2.4 Анализ уравнений приспособляемости 52
Выводы по разделу 60
3 ЧИСЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ УПРОЧНЕНИЯ 61
3.1 Общие принципы построения модели 61
3.2 Расчет однократного взаимодействия 62
3.2.1 Выбор численного метода и алгоритм 62
3.2.2 Результаты расчета и сравнение с экспериментальными данным 69
3.3 Расчет с учетом уравнений приспособляемости 73
3.4 Влияние механизмов приспособляемости на процесс упрочнения 77
3.5 Анализ численных расчетов 79
Выводы по разделу 80
4 РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ ГДУ. ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ГДУ 81
4.1 Разработка установки для гидродробеструйного упрочнения 81
4.1.1 Описание и принцип работы установки для ГДУ 81
4.1.2 Разработка инструкции работы с установкой 85
4.1.3 Анализ и расчет вероятности отказа установки для ГДУ 87
4.2 Разработка вероятностной модели 91
4.2.1 Влияние расхода шариков на остаточные напряжения 92
4.2.2 Влияние кинетической энергии шариков на разброс остаточных
напряжений 96
4.2.3 Влияние свойств материала на остаточные напряжения 98
4.2.4 Определение функции чувствительности 100
4.3 Алгоритм расчета погрешностей 101
Выводы по разделу 101
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 103
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 104
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 105
ПРИЛОЖЕНИЯ 109
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Изображения устоновки для ГДУ 109
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Блок схема наладки и запуска установки 111
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Уведомление о регистрации заявки на патент 113
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ
ДЕФОРМИРОВАНИЕМ 12
1.1 Сущность гидродробеструйного способа упрочнения 12
1.2 Влияние остаточных напряжений и наклепа на повышение долговечности
деталей машин 13
1.3 Связь технологических параметров и режимов упрочнения 18
1.4 Расчет остаточных напряжений при дробеструйном упрочнении 23
1.5 Приспособляемость материала при упрочнении 26
Выводы по разделу 30
2 РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 32
2.1 Описание процесса формирования остаточных напряжений 32
2.2 Модель однократного удара 44
2.3 Допущения модели однократного удара 50
2.3.1 Влияние динамических факторов 50
2.3.2 Влияние шероховатости 51
2.4 Анализ уравнений приспособляемости 52
Выводы по разделу 60
3 ЧИСЛЕННАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ УПРОЧНЕНИЯ 61
3.1 Общие принципы построения модели 61
3.2 Расчет однократного взаимодействия 62
3.2.1 Выбор численного метода и алгоритм 62
3.2.2 Результаты расчета и сравнение с экспериментальными данным 69
3.3 Расчет с учетом уравнений приспособляемости 73
3.4 Влияние механизмов приспособляемости на процесс упрочнения 77
3.5 Анализ численных расчетов 79
Выводы по разделу 80
4 РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ ГДУ. ВЕРОЯТНОСТНАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ГДУ 81
4.1 Разработка установки для гидродробеструйного упрочнения 81
4.1.1 Описание и принцип работы установки для ГДУ 81
4.1.2 Разработка инструкции работы с установкой 85
4.1.3 Анализ и расчет вероятности отказа установки для ГДУ 87
4.2 Разработка вероятностной модели 91
4.2.1 Влияние расхода шариков на остаточные напряжения 92
4.2.2 Влияние кинетической энергии шариков на разброс остаточных
напряжений 96
4.2.3 Влияние свойств материала на остаточные напряжения 98
4.2.4 Определение функции чувствительности 100
4.3 Алгоритм расчета погрешностей 101
Выводы по разделу 101
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 103
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ 104
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 105
ПРИЛОЖЕНИЯ 109
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Изображения устоновки для ГДУ 109
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Блок схема наладки и запуска установки 111
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Уведомление о регистрации заявки на патент 113
В настоящее время существует большое количество способов повышения долговечности деталей машин методами поверхностного пластического деформирования (1111Д). Наиболее широкое применение в промышленности получили методы обкатывания, виброупрочнения, ультразвуковой обработки, выглаживания, дробеструйного упрочнения (ДУ). Однако для упрочнения деталей, имеющих сложный фасонный профиль, наиболее эффективно применение методов упрочнения дробью, которые позволяют обрабатывать профили практически любой конфигурации без создания специальных оснасток для каждого типоразмера деталей. Вследствие этого методы дробеструйного упрочнения являются универсальными и недорогими в эксплуатации. Способ особенно эффективен, когда детали имеют концентраторы напряжений, при этом чувствительность деталей к концентрации напряжений может быть снижена в
1,5 - 2 раза. После поверхностного упрочнения дробью срок службы детали повышается в 2 - 4 раза и создается возможность повышения ресурса всего изделия, при том же ресурсе можно в 1,5 и более раз повысить выносливость, обеспечивая конструктору право или повысить мощность изделия, или снизить металлоемкость данной детали.
Однако практика внедрения дробеструйного упрочнения в качестве отделочно-упрочняющей операции сдерживается несовершенством методик проектирования технологических процессов, основанных на использовании узкодиапазонных эмпирических зависимостей, это приводит к удлинению сроков подготовки производства, неправильному назначению режимов обработки и в результате этого к снижению качества изготовленных деталей. 1оэтому разработка теоретически обоснованных рекомендаций и методик по проектированию технологических процессов дробеструйного упрочнения, обеспечивающих качественные параметры деталей, а именно: шероховатость и заданные остаточные напряжения в поверхностном слое являются актуальной задачей машиностроения
остаточных напряжений в поверхностном слове в зависимости от режимов гидродробеструйного упрочнения (ГДУ) (кинетической энергии упрочнения, расхода шариков, времени упрочнения). При этом учитывалось, что известны характеристики материала (твердость, шероховатость, способность к наклёпу). Получены расчетные зависимости и теоретические обоснованные рекомендации, которые могут быть использованы при проектировании технологических процессов гидродробеструйного упрочнения деталей машин. В работе на основе решения упругопластических задач определены теоретические зависимости, выражающие прямую физическую связь между остаточными напряжениями и режимами упрочнения.
На основании полученных уравнений разработана вероятностная модель упрочнения, учитывающая разброс характеристик материала, режимов упрочнения, погрешности численных расчетов и приборов измерения. Это позволило более точно установить доверительные интервалы эпюр остаточных напряжений и дало возможность на стадии проектирования разрабатывать более надёжные технические операции ГДУ.
Актуальность темы определяется необходимостью постоянного повышения качества поверхностного слоя деталей машиностроения и неточностью моделей формирования напряженного состояния поверхности при гидродробеструйном упрочнении.
Целью работы является повышение эффективности гидродробеструйного упрочнения на основе взаимодействия многократных ударов шариков, учитывающих режимы обработки и приспособляемость материала заготовки.
Для осуществления поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• исследовать сущность гидродробеструйной обработки;
• разработать математическую модель процесса ГДУ, учитывающую приспособляемость материала при обработке;
установить взаимосвязи между однократным ударом и многократным
взаимодействием шара с полупространством;
• установить зависимости между остаточными напряжениями и
режимами упрочнения;
• разработать установку для ГДУ.
Объектом исследования является гидродробеструйное упрочнение,
предметом исследования - остаточные напряжения.
В ходе работы над диссертацией опубликовано 2 статьи в сборник «Прогрессивные технологии в машиностроении». Для получения патента на полезную модель была оформлена и сдана в Федеральный институт промышленной собственности (ФИПС), уведомление о приеме регистрации № 2018112206 находится в приложении В.
1,5 - 2 раза. После поверхностного упрочнения дробью срок службы детали повышается в 2 - 4 раза и создается возможность повышения ресурса всего изделия, при том же ресурсе можно в 1,5 и более раз повысить выносливость, обеспечивая конструктору право или повысить мощность изделия, или снизить металлоемкость данной детали.
Однако практика внедрения дробеструйного упрочнения в качестве отделочно-упрочняющей операции сдерживается несовершенством методик проектирования технологических процессов, основанных на использовании узкодиапазонных эмпирических зависимостей, это приводит к удлинению сроков подготовки производства, неправильному назначению режимов обработки и в результате этого к снижению качества изготовленных деталей. 1оэтому разработка теоретически обоснованных рекомендаций и методик по проектированию технологических процессов дробеструйного упрочнения, обеспечивающих качественные параметры деталей, а именно: шероховатость и заданные остаточные напряжения в поверхностном слое являются актуальной задачей машиностроения
остаточных напряжений в поверхностном слове в зависимости от режимов гидродробеструйного упрочнения (ГДУ) (кинетической энергии упрочнения, расхода шариков, времени упрочнения). При этом учитывалось, что известны характеристики материала (твердость, шероховатость, способность к наклёпу). Получены расчетные зависимости и теоретические обоснованные рекомендации, которые могут быть использованы при проектировании технологических процессов гидродробеструйного упрочнения деталей машин. В работе на основе решения упругопластических задач определены теоретические зависимости, выражающие прямую физическую связь между остаточными напряжениями и режимами упрочнения.
На основании полученных уравнений разработана вероятностная модель упрочнения, учитывающая разброс характеристик материала, режимов упрочнения, погрешности численных расчетов и приборов измерения. Это позволило более точно установить доверительные интервалы эпюр остаточных напряжений и дало возможность на стадии проектирования разрабатывать более надёжные технические операции ГДУ.
Актуальность темы определяется необходимостью постоянного повышения качества поверхностного слоя деталей машиностроения и неточностью моделей формирования напряженного состояния поверхности при гидродробеструйном упрочнении.
Целью работы является повышение эффективности гидродробеструйного упрочнения на основе взаимодействия многократных ударов шариков, учитывающих режимы обработки и приспособляемость материала заготовки.
Для осуществления поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• исследовать сущность гидродробеструйной обработки;
• разработать математическую модель процесса ГДУ, учитывающую приспособляемость материала при обработке;
установить взаимосвязи между однократным ударом и многократным
взаимодействием шара с полупространством;
• установить зависимости между остаточными напряжениями и
режимами упрочнения;
• разработать установку для ГДУ.
Объектом исследования является гидродробеструйное упрочнение,
предметом исследования - остаточные напряжения.
В ходе работы над диссертацией опубликовано 2 статьи в сборник «Прогрессивные технологии в машиностроении». Для получения патента на полезную модель была оформлена и сдана в Федеральный институт промышленной собственности (ФИПС), уведомление о приеме регистрации № 2018112206 находится в приложении В.
1 Разработана математическая модель формирования напряженного
состояния поверхностных слоев обрабатываемых деталей при гидродробеструйной обработке, учитывающая законы теории
упругопластического деформирования и теории приспособляемости. Анализ полученной математической модели показал, что она отражает в явном виде физическую связь режимов упрочнения и выходных параметров.
2 Численный анализ модели выявил следующие особенности распределения остаточных напряжений при ГДУ:
- форма эпюры остаточных напряжений практически не зависит от времени упрочнения;
- на поверхности упрочненной детали формируется тонкий слой остаточных растягивающих напряжений, что ранее было установлено только экспериментально;
- с увеличением рабочего давления и диаметра шариков растет как толщина слоя сжимающих напряжений, так и их величина;
- с уменьшением предела текучести материала обрабатываемой детали, толщина слоя с сжимающими остаточными напряжениями увеличивается, а пиковое значение сжимающих остаточных напряжений уменьшается.
3 Математическая модель устанавливает связь между временем упрочнения и остаточными напряжениями, что позволяет по заданному распределению остаточных напряжений назначить оптимальное время обработки элемента поверхности.
4 Разработана установка для гидродробеструйного упрочнения и инструкция по работе с ней.
5 Разработана вероятностная модель оценки чувствительности выходных технологических параметров к разбросу входных параметров процесса, что позволяет использовать математическую модель при проектировании операций ГДУ.
состояния поверхностных слоев обрабатываемых деталей при гидродробеструйной обработке, учитывающая законы теории
упругопластического деформирования и теории приспособляемости. Анализ полученной математической модели показал, что она отражает в явном виде физическую связь режимов упрочнения и выходных параметров.
2 Численный анализ модели выявил следующие особенности распределения остаточных напряжений при ГДУ:
- форма эпюры остаточных напряжений практически не зависит от времени упрочнения;
- на поверхности упрочненной детали формируется тонкий слой остаточных растягивающих напряжений, что ранее было установлено только экспериментально;
- с увеличением рабочего давления и диаметра шариков растет как толщина слоя сжимающих напряжений, так и их величина;
- с уменьшением предела текучести материала обрабатываемой детали, толщина слоя с сжимающими остаточными напряжениями увеличивается, а пиковое значение сжимающих остаточных напряжений уменьшается.
3 Математическая модель устанавливает связь между временем упрочнения и остаточными напряжениями, что позволяет по заданному распределению остаточных напряжений назначить оптимальное время обработки элемента поверхности.
4 Разработана установка для гидродробеструйного упрочнения и инструкция по работе с ней.
5 Разработана вероятностная модель оценки чувствительности выходных технологических параметров к разбросу входных параметров процесса, что позволяет использовать математическую модель при проектировании операций ГДУ.
Подобные работы
- Особенности распределения остаточных напряжений
и перемещений в упругих телах, вызванных их поверхностной обработкой
Магистерская диссертация, техническая механика. Язык работы: Русский. Цена: 5550 р. Год сдачи: 2019 - СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОДШИПНИКОВ СКОЛЬЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО ПРИМЕНЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОГО ГИДРОДРОБЕСТРУЙНОГО УПРОЧНЕНИЯ И КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Авторефераты (РГБ), машиностроение. Язык работы: Русский. Цена: 700 р. Год сдачи: 2008