АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ ДОРНОВАНИИ 11
1.1 Методы повышения износостойкости и прочности деталей 11
1.2 Дорнование 15
1.3 Пластические деформации 21
1.4 Остаточные напряжения при нагружении 26
1.4.1 Остаточные напряжения 26
1.4.2 Методы определения остаточных напряжений 29
Цель и задачи ВКР 35
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ 36
Выводы по разделу два 41
3 ТОЧНОСТЬ ПРИ ДОРНОВАНИИ 42
3.1 Изменение размеров 42
3.2 Определение размеров заготовки и инструмента 44
Выводы по разделу три 51
4 ЧИСЛЕННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ 52
4.1 Влияние давления на остаточные напряжения 52
4.2 Влияние толщины стенки цилиндра на остаточные напряжения полого
толстостенного цилиндра 55
4.3 Влияние предела текучести на остаточные напряжения полого
толстостенного цилиндра 58
Выводы по разделу четыре 62
5 МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕОБХОДИМОГО КОЛИЧЕСТВА
ДОРНУЮЩИХ КОЛЕЦ И ИХ ДИАМЕТРОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НУЖНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ 64
Выводы по разделу пять 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 72
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 74
ПРИЛОЖЕНИЯ 78
ПРИЛОЖЕНИЕ А Блок-схема методики с заданным максимумом сжимающих остаточных напряжений 78
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Блок-схема методики с заданным распределением
остаточных напряжений 79
Важнейшим показателем, определяющим спрос на проектируемый объект, является его качество. Обеспечение требуемого качества становится возможным при удовлетворении эксплуатационных требований, предъявляемых к деталям машин. Работоспособность и надежность деталей обеспечиваются при помощи выполнения следующих основных требований: прочность, жесткость и стойкость к различным воздействиям (износам, вибрациям, температурам и др.). Выполнение требований прочности при статическом, циклическом и ударном нагружениях должно исключить возможность разрушения, а также возникновения недопустимых остаточных деформаций. Требования жесткости к детали или контактной поверхности сводятся к ограничению возникающих под действием нагрузок деформаций, нарушающих работоспособность изделия, к недоступности потери общей устойчивости для длинных деталей, подвергающихся сжатию, и местной - у тонких элементов. Должна быть обеспечена износостойкость детали, которая существенно влияет на долговечность работы механизма. Достаточно, чтобы для каждой детали выполнялись не все перечисленные выше требования, а только связанные с ее эксплуатацией. Детали, которые испытывают максимальные напряжения на рабочей поверхности (изгиб, контактные напряжения), для увеличения сопротивления усталости подвергают поверхностному упрочнению. Существуют следующие методы поверхностного упрочнения: механический, термический, химико-термический, лазерная закалка, ионная имплантация и др. Если наиболее подробно рассмотреть и изучить механический метод поверхностного упрочнения, то можно выяснить, что в настоящее время отсутствуют модели напряжений, возникающих в металле после многократных нагружений.
Рассмотрим несколько примеров поверхностного упрочнения полого толстостенного цилиндра механическим методом.
Если рассматривать процесс дорнование, то это выражается в невозможности определения точного количества дорнующих колец, а так же их диаметров.
А если рассматривать процесс гидравлического упрочнения, то невозможно определить количество нагружений давлением, а также величина самого давления, которым будет производиться упрочнение.
В следствии отсутствия моделей напряжений, возникающих в металле после многократных нагружений невозможно добиться требуемого качества поверхностного слоя полого толстостенного цилиндра. А соответственно невозможно добиться желаемых механических свойств полого толстостенного цилиндра.
В связи с актуальностью данной проблемы в работе поставлена цель - повышение эффективности поверхностного упрочнения за счет применения разработанных моделей остаточных напряжений при многократном нагружении.
Для достижения поставленной цели необходимо решить задачи:
1) аналитический обзор повторных пластических нагружений;
2) остаточные напряжения при дорновании;
3) построение моделей остаточных напряжений с учетом повторных пластических нагружений;
4) методика и проведение экспериментальных исследований;
5) анализ экспериментальных результатов.
Объект - поверхностное упрочнение.
Предмет исследования - остаточные напряжения при многократном нагружении полого толстостенного цилиндра.
Ожидаемые результаты:
• разработанные модели остаточных напряжений при многократных нагружениях полого толстостенного цилиндра;
• разработанная модель по определению количества нагружений полого
толстостенного цилиндра для получения требуемой поверхности.
1) В практике дорнования применяется от одного до трех дорнующих колец. Не имеется теоретического обоснования применения необходимого количества дорнующих колец.
2) Учет повторных нагружений предлагается путем введения коэффициентов циклических нагружений. Коэффициенты циклического упрочнения определяются экспериментально. Количество введенных коэффициентов зависит от количества нагружений полого толстостенного цилиндра.
3) Разработана математическая модель остаточных напряжений с учетом повторного деформирования.
4) Расчеты по модели показали, что с увеличением числа дорнующих колец у детали уменьшается разброс размеров. Так же расчет показал, что после применения второго кольца поверхность цилиндра выглаживается, а соответственно величина шероховатости уменьшается. Таким образом, можно сделать вывод о том, что с увеличением количества дор- нующих колец до двух получаем высокоточную деталь с низкой шероховатостью и благоприятным распределением сжимающих остаточных напряжений в приповерхностном слое детали. Третье и последующие кольца, уменьшая шероховатость, практически не изменяют распределение остаточных напряжений и точность отверстия.
5) Численные эксперименты, произведенные по разработанной математической модели при помощи ПО Excel, показали, что при увеличении повторного давления с 70 МПа до 360 МПа (натяга от первого кольца ко второму):
• область влияния вторичных пластических деформаций увеличивается. При давлении 70 МПа область влияния вторичных пластических деформаций с r/a=1,105 до r/a=1,185, а при давлении
360МПа с r/a=1,105 до r/a=1,195;• величина сжимающих окружных напряжений, возникающих при повторном деформировании, увеличивается с 180 МПа до 630 МПа;
• с увеличением повторного давления величина влияния окружных остаточных напряжений, возникающих при повторном нагружении практически выравнивается с величиной влияния окружных остаточных напряжений, возникающих при вторичном нагружении.
При увеличении толщины стенки полого толстостенного с цилиндра с 9 до 14 мм, увеличивается толщина слоя со сжимающими остаточными напряжениями с 11,6 до 12 мм.
При увеличении предела текучести:
• увеличивается максимум сжимающих остаточных напряжений;
• толщина сжатого слоя практически не изменяется;
• влияние повторных деформаций увеличивается.
6) Разработана методика, которая позволяет теоретически обоснованно определить необходимое количество дорнующих колец и их диаметров для обеспечения требуемого размера и качества поверхностного слоя после дорнования.
Публикации автора
1) Токарев, А.Е. Распределение остаточных напряжений при дорновании с учетом повторных деформаций / А.Е. Токарев, П.Г. Мазеин (Переводится для системы Scopus).
2) Токарев, А.Е. Точность при дорновании / А.Е. Токарев, П.Г. Мазеин // Прогрессивные технологии в машиностроении (Сдана в редакцию для системы РИНЦ).
3) Токарев, А.Е. Методика проектирования дорнования / А.Е. Токарев, П.Г. Мазеин // Прогрессивные технологии в машиностроении (Сдана в редакцию для системы РИНЦ).
