Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Управление качеством поверхности при ультразвуковом пластическом деформировании

Работа №77139

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

машиностроение

Объем работы106
Год сдачи2020
Стоимость5750 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
211
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


Введение
1. Обеспечение повышенной смачиваемости рабочих поверхностей 7
1.1 Понятие смачиваемости, краевых углов, гистерезиса смачивания 8
1.2 Преимущества достижения повышенных показателей смачиваемости.
Сферы применения 15
1.3 Методы получения поверхностей с повышенной смачиваемостью 17
1.3.1 Применение поверхностно - активных веществ (ПАВ) 18
1.3.2 Оксидирование 19
1.3.3 Поверхностное пластическое деформирование 19
1.4 Ультразвуковое пластическое деформирование как способ повышения
смачиваемости рабочих поверхностей 24
1.4.1 Достоинства и недостатки метода 24
1.4.2 Параметры и режимы ультразвукового пластического
поверхностного деформирования 26
1.4.3 Формирование эксплуатационных свойств поверхностей деталей
применением УЗПД 27
1.4.4 Формирование наклёпанного слоя, возникновение остаточных
сжимающих напряжений 27
1.4.5 Формирование топографии поверхности 29
1.4.6 Образование волнистости 31
Выводы по 1 главе 39
2 Методики, оборудование 40
2.1 Методы оценки смачиваемости поверхностей 40
2.1.1 Определение краевых углов методом пластины Вильгельми 41
2.1.2 Методы сидячей капли и его вариации 42
2.1.3 Метод прижатой капли 47
2.1.4 Метод прикрепления пузырька 48
2.1.5 Метод определения степени смачиваемости по скорости растекания масляного пятна 49
2.2 Оборудование, применяемое для осуществления УЗПД, его параметры 51
2.3 Моделирование результатов ультразвукового пластического
деформирования 58
2.3.1 Параметры формируемого микро- и макрорельефов 58
2.3.2 Выбор режимных параметров обработки для проведения
экспериментальных исследований 61
2.4 Подготовка экспериментальной установки 68
2.5 Выбор масла, применяемого для проведения экспериментов 69
2.5.1 Моторные масла 71
2.5.2 Трансмиссионные масла 74
2.5.3 Индустриальные масла 76
Выводы по 2 главе 81
3 Экспериментальное исследование зависимости маслоемкости формируемого рельефа от режимов УЗПД 82
3.1 Подготовка образцов перед обработкой УЗПД 82
3.2 Определение размера капель масла, используемых в экспериментах ... 83
3.2 Оценка смачиваемости обработанных поверхностей 89
3.3 Анализ полученных результатов 91
3.4 Рекомендации по назначению режимов ультразвукового
поверхностного пластического деформирования 93
Выводы по 3 главе 94
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 95
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

В рамках современного машиностроения, увеличение срока службы деталей машин, и тем самым уменьшение стоимости обслуживания, ремонта и их периодичности является важной задачей.
Долговечность узлов трения зависит от множества факторов, таких как конструктивного решения, технологии изготовления деталей, режимы нагрузки и смазки, соблюдение условий и правил технической эксплуатации машин.
По статистике, причиной 70-80 % всех отказов машин является износ узлов трения. Знание этого факта, открывает множество возможностей для реализации управления износом узлов трения различными способами.
Широко применяемыми на данный момент являются следующие методы повышения износостойкости: использование более
износостойких материалов, изменения геометрических характеристик сопряжённых поверхностей, модификация поверхностей трения,
ультразвуковая обработка, термические, электрохимические и механические методы обработки. При этом износостойкость обработанных поверхностей при использовании данных методов обеспечивается не только непосредственным упрочнением и нанесением износостойких покрытий, но и управление смачиваемостью.
Одним из наиболее перспективных методов, позволяющих управлять смачиваемостью обработанных поверхностей в широком диапазоне, является ультразвуковое поверхностное пластическое деформирование (УЗПД). Создание с его помощью регулярных сложных микрорельефов способно значительно улучшить смачиваемость поверхностей, облегчая условия смазывая, тем самым увеличивая ресурс детали и механизма в целом.
Суть процесса заключается в деформационном дробном воздействии на поверхности обрабатываемого изделия с ультразвуковой частотой (22 ...66
кГц) и малыми амплитудами (5 - 30 мкм) [1]. Обработка производится как тел вращения, так и плоскостей. В рамках данной работы рассматривается обработка по токарной схеме.
В настоящее время тема управления смачиваемостью поверхностей, посредством УЗПД мало изучена и описана, вследствие чего, применение метода и получение позитивных результатов применения метода затруднено.
В связи с этим, целью работы является установление взаимосвязей режимов ультразвукового поверхностного пластического деформирования поверхностей деталей, работающих на трение, с характеристиками смачиваемости обработанных поверхностей.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнение
следующих задач:
1. Выбор способа оценки степени смачиваемости поверхности на основе анализа существующих методик
2. Выбор режимов УЗПД поверхностей экспериментальных образцов на основе моделирования процесса формирования микрорельефа и установление геометрических параметров микрорельефа в зависимости от условий обработки
3. Разработка комплекса технических решений, обеспечивающих проведение экспериментов на имеющемся оборудовании
4. Подготовка экспериментальных образцов и подбор смазочных материалов
5. Описание зависимостей формирования топографии микрорельефа от режимных параметров УЗПД и взаимосвязей характеристиками смачиваемости поверхностей
6. Разработка рекомендаций по назначению режимов УЗПД, обеспечивающих смачиваемость поверхности


Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь студентам в написании работ!


Проведённый литературный анализ выявил перспективность метода ультразвукового пластического деформирования (УЗПД), с точки зрения Управление качеством обрабатываемой поверхности. Показано, что ультразвуковая обработка позволяет управлять степенью упрочнения, шероховатостью, формой и размерами фрагментов микрорельефа. Данные параметры определяют эксплуатационные свойства обработанной поверхности степени. При этом остается малоизученным вопрос
смачиваемости обработанных поверхностей. Недостаток информации по управлению смачиваемостью поверхностей посредством варьирования режимами УЗПД позволяет сделать вывод об актуальности представленных в данной работе результатов исследований. Отсутствие рекомендаций по назначению режимов УЗПД, позволяющих формировать микрорельеф с улучшенной смачиваемостью, а также отсутствие рекомендаций по выбору методики оценки степени смачиваемости обработанных поверхностей определили основные задачи исследования.
В ходе работы, на основе существующих источников определены допустимые диапазоны режимов УЗПД (Бст = 50...250 Н; V = 50...250 м/мин; s = 0,01 - 0,2 мм/об), применяемые при проведении экспериментов для изучения закономерностей формирования смачиваемости поверхностей в зависимости от режимов. На основе требований к чистоте поверхностей, подвергающихся УЗПД (Ra = 2 мкм) подготовлены экспериментальные образцы, предварительно обработанные точением.
Путём анализа отечественных и зарубежных источников определена методика оценки степени смачиваемости без применения узкоспециальной аппаратуры, с точностью, достаточно для инженерных целей. Процедура оценки смачиваемости базируется на методах определения смачиваемости по скорости растекания масляного пятна для качественной оценки и метода 95
сидячей капли на вертикальной поверхности для количественного определения степени смачиваемости.
Для проведения экспериментов по определению степени смачиваемости подобрана рабочая жидкость, наиболее удовлетворяющая требования по доступности и кинематической вязкости. Значение кинематической вязкости данного масла (68 мм2/с при температуре 40 оС) соответствует значениям масел, применяемым в большинстве технологических машин.
В ходе экспериментов выяснено, что обеспечение наиболее симметричных микрорельефов с мало выраженной или отсутствующей волнистостью обеспечивает значительный рост степени смачиваемости обработанных УЗПД поверхностей. Так, при обеспечении сочетанием скорости и подачи величины коэффициента lv2/ls2 = 1,3 (Гст = 150 Н, f = 22 кГц, DU = 0,008 м; s = 0,15 мм/об; V = 226,19 м/мин) достигнуто уменьшение краевого угла натекания на 39% (с 42о5' до 26о13'), по сравнению с образцом, подвергшемся полированию, что говорит о существенном снижении работы жидкости по продвижению периметра смачивания и повышении адгезии поверхности. Такой вывод можно сделать на основании того, факта, что смачиваемость является следствием проявления адгезии.
Определено, что высокие степени искажения микрорельефа, связанные с диспропорциональным назначением окружной скорости и подачи (величина lv2/ls2 значительно больше 1,3) в малой степени влияют на смачиваемость поверхности. Так, при lv2/ls2 = 3,17 (Гст = 150 Н, f = 22 кГц, DH = 0,008 м; s = 0,05 мм/об; V = 89,06 м/мин), угол натекания уменьшился на 8% . Тем самым подтверждаются предположения о положительном влиянии УЗПД на смачиваемость поверхности.
При этом, наилучшая степень смачиваемости получена при обработке в диапазонах режимов: Гст = 150 Н, f = 22 кГц, DH = 0,008 м; V = 176...226 м/мин; s = 0,1 - 0,15 мм/об.
На основе полученных данных сформированы рекомендации приведённые в разделе 3.4, по назначению режимов УЗПД, обеспечивающих смачиваемость поверхности.



1. Рахимянов Х.М., Семенова Ю.С., Технологические ограничения
режимных параметров ультразвукового пластического
деформирования/ Х.М. Рахимянов, Ю.С. Семенова //Инновации в топливно - энергетическом комплексе и машиностроении (ТЭК 2017) - 2017- С. - 187 - 192.
2. Любимов В.В., Волгин В.М., Гнидина И.В., Обоснование микро - и нанорельефов на поверхности режущего инструмента и выбора методов их получения/ В.В. Любимов, В.М. Волгин, И.В. Гнидина// Известия ТулГу. Технические науки. - 2016. - №. 1. - С. 148 - 159.
3. Миронов Е.Е., Современные технологии повышения долговечности поршневых колец/ Е.Е. Миронов // Вестник НГИЭИ. - 2010. - № 1(1). - С. 75 - 85.
4. Сумм Б.Д., Горюнов Ю.В., Физико - химические основы смачивания и растекания: монография / Б.Д. Сумм, Ю.В. Горюнов - М.; Издательство Химия, 1976. - 232 с. ил.
5. Зимон А.Д., Адгезия жидкости и смачивание / А.Д. Зимон - М.:, Издательство Химия, 1974. - 416 с. ил.
6. Vollmer Н., Neue Methoden zur Amalyse der Benetzung von Pkv - Seitenscheiben / Н. Vollmer, - Stuttgard, Deutschland; Springer Vieweg, Wiesbaden, 2018. - 125 с. ил.
7. Gopal E.S.R., Kitchener J.A., Mussellwhite P.R., Sherman P., Emulsion science (Эмульсии) под редакцией Sherman P.: перевод с английского под редакцией А.А. Абрамзона/ E.S.R. Gopal, J.A. Kitchener., P.R. Mussellwhite, P. Sherman - Л.; Издательство Химия, 1972. - 448 с. ил.
8. Eral H.B., D.J.C.M. ’t Mannetje D.J.C.M., Oh J.M., Contact angle hysteresis: A review of fundamentals and applications / H.B. Eral, D.J.C.M. ’t Mannetje, J.M. Oh// Colloid and Polymer Science - 2013. - 291(2). С. - 247-260.
9. Горюнов Ю.В., Триботехника (износ и безизносность): учебник / Ю.В. Горюнов - М., Издательство «МСХА», 2001. - 616 с. ил.
10. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин [Текст]. - М.: Машиностроение, 2000. - 320 с.
11. Беркович И.И., Громаковский Д,Г., Трибология. Физические основы, механика и технические приложения / И.И. Беркович, Д,Г., Громаковский - Самара., Издательство «Самарский государственный технический университет». 2000. - 268 с. ил.
12. Вохидов А. С., Многофункциональные нанопленки Эпилам:
соединение и взаимодействие смазочных композиций с поверхностью / Вохидов А. С., Мисюряев А.А. //Станочный парк . — 2016. —
№3(133). — с.30-32.
13. Вохидов А. С., Покрытия из фторПАВ в машиностроении / Вохидов А. С., Добровольский Л.О. //Сборник материалов Всероссийской научно - практической конференции «Инновационные материалы и технологии в машиностроительном производстве». Магнитогорск. — 2011.
14. Клинов И.Я., Коррозия химической аппаратуры и коррозионностойкие материалы/ И.Я. Клинов - М.: Машинострение, 1967. - 468 с., ил.
15. Мамаев В.И., Функциональная гальванотехника/ В.И. Мамаев - Киров.: ФГБОУ ВПО «ВятГУ», 2013. - 208 с., ил.
16. Артамонов Б.А., Волков Ю.С., Дрожалова В.И Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов: учеб. Пособие (в 2 -х томах). Т. I. Обработка материалов с применением инструмента/ Под ред. В.П. Смоленцева. - М.: Высш. Шк., 1983. - 247 с., ил.
17. Одинцов Л.Г Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник.-М.: Машиностроение, 1987, 328 с., ил.
18. Мельников П.А., Пахоменко А.Н., Лукьянов А.А., Математическая модель формирования микрорельефа шейки вала при обработке 99
алмазным выглаживанием/ П.А. Мельников, Пахоменко А.Н., А.А. Лукьянов// Вектор науки ТГУ. - 2015. - № 2 (32-2). - С. 104 - 110.
19. Лазарев С.Ю., Головлев Г.А. Свойства поверхности стали 45 с покрытиями из минеральных материалов// «Металообработка» - 2011.- №5(65). - с. 28, ил.
20. Григорьев С. Н., Табаков В. П., Волосова М. А. Технологические методы повышения износостойкости контактных площадок режущего инструмента. Старый Оскол: ТНТ, 2011. С. 378
21. Казанцев В.Ф., Кудряшов Б.А., Нигметзянов Р.И., Ультразвуковое пластическое поверхностное деформирование/ В.Ф. Казанцев, Б.А. Кудряшов, В.М. Приходько, Д.С. Фатюхин// Вестник харковского национального автомобильно - дорожного университета. - 2009. - № 46. - С. 7 - 9.
22. Рахимянов Х.М., Семенова Ю.С., Технологическое обеспечение
геометрических параметров качества поверхности при ультразвуковом пластическом деформировании/ Х.М. Рахимянов, Ю.С. Семенова// Обработка металлов. - 2012. - №3(56). - С. 33 - 36.
23. Рахимянов Х.М., Семенова Ю.С., Формирование морфологии
поверхности в процессе ультразвукового пластического деформирования деталей машин/ Х.М. Рахимянов, Ю.С. Семенова//Упрочняющие технологии и покрытия. - 2010. - №10(70). - С. - 20 - 23 .
24. Рахимянов Х.М., Никитин Ю.В., Семенова Ю.С., Условия образования волнистости поверхности при ультразвуковом пластическом поверхностном деформировании металлических материалов/ Х.М. Рахимянов, Ю.В., Никитин, Ю.С. Семенова// Обработка металлов. - 2012. - № 1(54). - С. - 4 - 9.
25. Патент СССР № 3321642/25-08, 20.07.1981.
Способ определения маслоемкости трения // Патент СССР № 985549.1982. Бюлл. 48 / Радионенко А.В.
26. Щукин Е.Д., Коллоидная химия: Учеб. для университетов и химико - технол. вузов/ Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелица. - М.: Высш. шк., 2004. - 445 с. : ил.
27. Киселёв М.Г., Савич В.В., Павич Т.П., Определение краевого угла смачивания на плоских поверхностях/ М.Г. Киселёв, В.В. Савич, Т.П. Павич// Вестник БНТУ. - 2006. - №1 - С. - 38 - 40.
28. Kock-Yee Law, Hong Zhao, Surface Wetting Characterization, Contact Angle,and Fundamentals / Law Kock-Yee, Zhao Hong - Springer, Cham, 2016. - 162 с. илл.
29. Lee L.H., Fundamentals of Adhesion/ L.H. Lee// Springer, Boston, MA
1991. - 454 с. илл.
30. Krasovitski B., Marmur A., Drops Down the Hill: Theoretical Study of Limiting Contact Angles and the Hysteresis Range on a Tilted Plate / B Krasovitski, A. Marmur//Langmuir. - 2005. - № 21(9). С. - 3881 - 3885.
31. Nushtaeva A.V., Contact angles of selective wetting hexylamine - modified silica surface/ A.V. Nushtaeva// Elsevier, - 2014. - №451(1). - С. - 101 - 106.
32. Наштаева А.В., Измерение краевого угла методом сидячей капли на вертикальной поверхности/ А.В. Наштаева, К.С. Мельникова, К.С. Просвирнина, С.А. Наштаева//, Фундаментальные исследования. - 2015. № 2. C. 2855 - 2859.
33. ГОСТ 16030 - 70. Отверстия сквозные квадратные и продолговатые под крепёжные детали. - Москва: Изд-во «Стандартинформ», 2019. - 3 с.
34. Карталис Н.И., Пронин В.А., Особенности проектирования корпусных деталей типовых конструкций редукторов: Учеб. - метод. пособие./ Н.И. Карталис, В.А. Пронин - СПб.: НИУ ИХиБТ, 2013. - 46 с.
35. Анурьев В.И., Справочник конструктора - машиностроителя: В 3 т. Т.
1. -8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - 920 с.: ил.
36. Рахимянов Х.М., Семенова Ю.С., Прогнозирование геометрического состояния поверхности цилиндрических деталей из стали 45 при ультразвуковом поверхностном пластическом деформировании/ Х.М. Рахимянов, Ю.С. Семенова //Обработка металлов. - 2011. - №3(52). - С. - 11 - 17.
37. Рахимянов Х.М. Моделирование процесса формирования регулярного микрорельефа при ультразвуковом пластическом деформировании / Рахимянов Х.М., Семенова Ю.С. - Н.: НГТУ, 2009. - 14 с., ил.
38. Рахимянов Х.М., Семенова Ю.С., Взаимосвязь кинематических и деформационных параметров ультразвукового пластического деформирования с геометрическими параметрами формируемого микрорельефа / Х.М. Рахимянов, Ю.С. Семенова //Упрочняющие технологии и покрытия. - 201б. - №2(134). - С. - 1б - 19.
39. Формирование микрогеометрии поверхности при ультразвуковом
пластическом деформировании металлов и сплавов / Ю. С. Семенова, А. П. Лихачев // 1 Annual Russian national conference on nanotechnologies, nanomaterials and microsystems technologies, NMST-2016 = 1 ежегодная Российская национальная конференция с международным участием по нанотехнологиям, наноматериалам и микросистемной технике, НМСТ- 2016: conf, proc., Novosibirsk, Sedova Zaimka, 26-29 June 2016. -
Novosibirsk : NSTU, 2016. - P. 102-106.
40.Surface preparation of machine parts and instruments by ultrasonic impact treatment before coating / Х. М. Рахимянов, Ю. В. Никитин, Ю. С. Семенова // The Third International Forum on Strategic Technologies, June 23-29, 2008. Novosibirsk-Tomsk, Russia c.108-114
41. Акимова Н.А., Котеленец Н.Ф., Сентюрихин Н.И., Монтаж,
техническая эксплуатация и ремонт электрического и электромеханического оборудования / Н.А. Акимова, Н.Ф. Котеленец, Н.И. Сентюрихин; под. Ред. Н.Ф. Котеленец - М.: Издательский центр «Академия»., 2015. - 304 с., ил.
42. Б.В. Лосиков, Н.Г. Пучков, Б. А. Энглин. Основы применения нефтепродуктов - 2-е изд., доп. и перераб. - Москва: Гостоптехиздат, 1959. - 567 с. : ил.
43. Лужнов Ю.М., Калачев Ю.Н., Александров В.Д., Смазка и смазочные материалы (трибологические аспекты смазки) / Ю.М. Лужнов, Ю.Н. Калачев, В.Д. Александров,- М.:МАДИ, 2019. - 40 с., ил.
44. Беркович И.И., Громаковский Д,Г., Трибология. Физические основы, механика и технические приложения / И.И. Беркович, Д,Г., Громаковский - Самара., Издательство «Самарский государственный технический университет». 2000. - 268 с. ил.
45. Троцкий С.Н., Топлива, смазочные материалы и технические жидкости
для строительных машин/ С.Н. Троцкий - М.: «Издательство
Ассоциации строительных вузов», 2010. - 96 с. ил.
46. Ross, O.N. (2000) Optical Remote Sensing of Rainfall Microstructures, Freie Universitat Berlin, Fachbereich Physik, Diplom Thesis, 134pp.
47. Березин К. Г., Годлевский В.А. Построение Безразмерного критерия для оценки антизадирных свойств поверхностно - активных смазочных материалов/ К. Г. Березин, В.А. Годлевский, Б.Р. Киселев, А.О. Магницкий//, Современные наукоёмкие технологии. Региональное приложение. - 2010. № 4(24). С. 67-71.
48. ГОСТ ISO 7886 - 1 - 2011 Шприцы инъекционные
49. ГОСТ ISO 7864 - 2011 Иглы инъекционные
50. Cutnell, John D.; Kenneth W. Johnson (2006). Essentials of Physics. Wiley Publishing


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.



Подобные работы


©2024 Cервис помощи студентам в выполнении работ