Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
ГУРОВ РОМАН ВЛАДИМИРОВИЧ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТНЫМ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ ДЕТАЛЕЙ МАШИН С УЧЕТОМ ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Специальность 05.02.08 - Технология машиностроения
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
Брянск - 2012
Работа выполнена на кафедре Металлорежущие станки и инструменты учебно-научного технологического института федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Брянский государственный технический университет Научный консультант доктор технических наук, профессор СУСЛОВ Анатолий Григорьевич Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор ПОПОВ Михаил Егорович доктор технических наук, профессор СОЛОВЬЕВ Дмитрий Львович доктор технических наук, профессор ФЕДОРОВ Владимир Павлович Ведущая организация Московский государственный технический университет МАМИ
Защита диссертации состоится 27 марта 2012г. в 14 часов в учебном корпусе №1, ауд.59 на заседании диссертационного совета Д212.021.01 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Брянский государственный технический университет по адресу: 241035, г. Брянск, Бульвар имени 50летия Октября, 7.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Брянский государственный технический университет
Автореферат разослан л___ _________________ 20___г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор А.В. ХАНДОЖКО
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы.
Потеря работоспособности деталей машин обычно связана с разрушением поверхностного слоя. Исследованиями Балтера М.А., Демкина Н.Б., Горленко О.А., Крагельского И.В., Кудрявцева И.В., Рыжова Э.В., Суслова А.Г., Федорова В.П., Федонина О.Н. и др. установлено, что функциональное назначение деталей машин в значительной мере определяется параметрами качества их поверхностного слоя.
Одними из наиболее простых и эффективных способов, обеспечивающих управление в широком диапазоне показателями качества поверхностного слоя (ПКПС), являются способы отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием (ОУО ППД). В результате ОУО ППД формируется требуемая шероховатость поверхности, твердость может достигать 650 HV, сжимающие остаточные напряжения до 1200 МПа.
На сегодняшний день существует множество методов ОУО ППД, и постоянно появляются новые, обладающие рядом собственных особенностей.
Несмотря на это, до сих пор не существует общей методологии проектирования технологических операций ОУО ППД, позволяющей выбрать наиболее эффективный метод, а также назначить режимы обработки, обеспечивающие требуемое качество поверхностного слоя детали, максимальную производительность и (или) минимальную технологическую себестоимость в конкретных производственных условиях без проведения дополнительных экспериментальных исследований. Следовательно, отсутствует возможность создания автоматизированных систем проектирования технологических операций для ОУО ППД. Такое положение сдерживает внедрение методов ОУО деталей машин ППД.
Как показывает анализ литературы, одни и те же параметры качества поверхностного слоя можно получить используя различные методы и режимы ОУО ППД. Поэтому при выборе метода и режимов получается, как правило, множество вариантов. Таким образом, необходима выработка дополнительных критериев, позволяющих количественно оценить тот или иной метод и режим ОУО ППД. Наиболее часто в качестве критериев выбора используются производительность и технологическая себестоимость. Для их оценки необходимо определение трудоемкости операции.
Таким образом, имеет место совокупность научно-технических задач, решение которых позволяет разработать методологию, алгоритм и программу выбора оптимального метода и условий ОУО ППД, обеспечивающего требуемые параметры качества поверхности при минимальной технологической себестоимости, что дает значительный экономический эффект.
Исследования проводились при поддержке гранта Президента РФ для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук и их научных руководителей Разработка научных основ проектирования инструмента для обработки поверхностей деталей методом поверхностноЦ пластического деформирования (МК-1338.2005.8).
Цель и задачи работы.
Цель работы - обеспечение качества поверхностного слоя деталей машин, исходя из их функционального назначения, ОУО ППД с наибольшей производительностью или наименьшей технологической себестоимостью.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Дать научно-обоснованные критерии разграничения всех методов отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием на отделочные, отделочно-упрочняющие и упрочняющие, обусловленные функциональным назначением рабочих поверхностей деталей машин.
2. Разработать методологию выбора метода и назначения режимов ОУО ППД, обеспечивающих требуемый комплекс параметров качества обрабатываемой поверхности с учетом ее функционального назначения при минимальной технологической себестоимости или максимальной производительности.
3. Установить влияние исходной шероховатости поверхности, режимов и приведенного радиуса инструмента на формируемые параметры качества поверхностного слоя при отделочно-упрочняющей обработке ППД.
4. Разработать алгоритм и программное обеспечение для реализации предложенной методологии выбора методов и назначения режимов ОУО ППД.
5. Провести экспериментальную проверку разработанной методологии.
6. Разработать структуру базы данных и методику их наполнения по методам ОУО ППД для реализации предлагаемой методологи.
Методология проведения исследований. Методологической основной работы является системный подход к изучению и описанию взаимосвязи режимов обработки, параметров инструмента и параметров качества обрабатываемой поверхности при ОУО ППД. Теоретические исследования базируются на математическом описании процессов деформирования шероховатости обрабатываемой поверхности, моделировании на ЭВМ процесса переформирования исходного профиля шероховатости при различных условиях ОУО ППД.
Научная новизна работы.
1. Исходя из функционального назначения рабочих поверхностей деталей машин создана классификация всех методов ОУО ППД - это отделочная обработка, отделочно-упрочняющая обработка и упрочняющая обработка.
2. Впервые предложен научно обоснованный критерий для данной классификации методов ОУО ППД.
3. Получены теоретические зависимости для определения условий статических и динамических методов ОУО ППД, обеспечивающих требуемое качество поверхностного слоя в соответствии с созданной классификацией.
4. Осуществлено моделирование процессов статических и динамических методов ОУО ППД, позволяющее прогнозировать микропрофиль формируемой шероховатости.
Автор защищает следующие основные положения:
1. Классификацию всех методов обработки ОУО ППД с учетом функционального назначения обрабатываемой поверхности на отделочную, отделочно-упрочняющую и упрочняющую по критерию контактных деформаций исходной шероховатости.
2. Методологию и алгоритм выбора методов и режимов обработки, обеспечивающих требуемые параметры качества поверхностного слоя.
3. Физическую картину и математическую модель упруго-пластической деформации неровностей шероховатости при ОУО ППД.
4. Теоретические зависимости взаимосвязи параметров качества поверхностного слоя и условий обработки при ОУО ППД.
Практическая ценность работы.
1. Разработаны алгоритм и программа выбора методов и назначения режимов ОУО ППД различных деталей с учетом их функционального назначения.
2. Разработана программа анализа геометрических и физикомеханических параметров поверхностного слоя и аналитического расчета параметров режима обработки для схемы шарик-плоская поверхность.
3. Разработаны программы моделирования процесса обработки статическими и ударными (динамическими) методами.
4. Разработана конструкция универсального инструмента для ОУО ППД.
5. Разработаны рекомендации по выбору радиуса инструмента для отделочных и отделочно-упрочняющих режимов ОУО ППД.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на международных, Всероссийских и региональных научно-технических и научно-практических конференциях: международной научно-технической конференции Проблемы формообразования деталей при обработке резанием Тула (2007г.); 6-й международной научно-технической конференции Проблемы качества машин и их конкурентоспособности, г.Брянск (2008г.); международной научно-технической конференции Инструментальные системы машиностроительных производств Тула (2008г.); международной научно-практической конференции Наука и производство - 2009, Брянск (2009г.); международной научно-технической конференции Проблемы качества машин и их конкурентоспособности, г.Брянск (2011г.); расширенном заседании кафедры Металлорежущие станки и инструменты БГТУ, г. Брянск (2011); научном семинаре ассоциации технологов-машиностроителей в МГИУ, г. Москва (2011г.);
заседании технологической секции в БГТУ, г. Брянск (2011).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 32 печатные работы, из них 18 в изданиях, рекомендованным ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы из 1наименований и приложений. Общий объем диссертации 302 страницы, в том числе 104 рисунка, 20 таблиц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность работы.
Первая глава работы посвящена анализу: существующих методик выбора метода ОУО ППД; классификации методов; описания процессов в очаге деформации при различных режимах ОУО ППД; методик расчета показателей качества поверхностного слоя, формируемых различными методами ОУО ППД; существующих методик и рекомендаций по проектированию инструмента для ОУО ППД; производственного опыта в области проектирования операций и инструмента ОУО ППД.
Большой вклад в развитие данного научного направления внесли работы: Алексеева П.Г., Бабичева А.П., Балтера М.А., Бараца Я.М., Белова В.А., Беляева В.И., Блюменштейна В.Ю., Браславского В.М., Горленко О.А., Дрозда М.С., Киричека А.В., Коновалова Е.Г., Кудрявцева И.В., Одинцова Л.Г., Олейника Л.В., Папшева Д.Д., Петросова В.В., Попова М.Е., Проскурякова Ю.Г., Рыковского Б.П., Розенберга О.А., Сидоренко В.А., Смелянского В.М., Соловьева Д.Л., Суслова А.Г., Торбило В.М., Федорова В.П., Хворостухина Л.А., Чепа П.А., Шнейдера Ю.Г., Яценко В.К. и др.
В результате установлено, что:
1. Отсутствует обобщенная методология выбора метода ОУО ППД исходя из функционального назначения обрабатываемой поверхности. В тоже время существуют методики отдельных этапов выбора метода обработки ОУО ППД, расчета отдельных технико-экономических параметров для различных методов ОУО ППД.
2. Существующие методики определения шероховатости поверхности не позволяют определить ее параметры при динамических методах ОУО ППД, а также не учитывают некоторые особенности формирования микропрофиля при ОУО ППД на различных режимах обработки.
3. Существующие методики назначения режимов обработки распространяются либо на какие-то конкретные методы или группу методов, либо охватывают часть режимов обработки: отделочные, отделочноупрочняющие или упрочняющие.
Во второй главе разработана классификация методов ОУО ППД - это отделочная, отделочно-упрочняющая и упрочняющая обработка, научно обоснованы критерии разделения видов обработки.
Анализ параметров качества поверхностного слоя, характерных для различных эксплуатационных свойств, показал, что при их формировании методами ОУО ППД возникают задачи, решение которых является ключевым для обеспечения заданного эксплуатационного свойства, и второстепенные задачи. Основными ключевыми задачами, решение которых может обеспечить ОУО ППД, являются:
1) уменьшение шероховатости и улучшение опорных характеристик профиля;
2) обеспечение упрочнения поверхностного слоя на определенную глубину с созданием сжимающих остаточных напряжений в нем.
В зависимости от эксплуатационного свойства или комбинации эксплуатационных свойств, возможно как преобладание какой либо из задач, так и их сочетание. Анализ различных методов ОУО ППД показал, что основное влияние на решение той или иной задачи оказывают режимы обработки тем или иным методом, а также геометрические параметры инструмента.
В связи с этим предложена классификация всех методов ОУО ППД на три вида: отделочную, отделочно-упрочняющую и упрочняющую обработку (таб. 1).
Таблица Коэфф.
Классификация Получаемые профили шероховатости упроч-я k Отделочная обработка 1,0 - 1,ППД Отделочноупрочняющая 1,05-1,обработка ППД Упрочняющая обработка 1,40-2,ППД Учитывая существующую взаимосвязь функционального назначения рабочих поверхностей деталей машин с их шероховатостью и коэффициентом упрочнения можно выбрать вид ОУО ППД для обеспечения различных эксплуатационных свойств (таб. 2).
Для проверки предложенной классификации были проведены многочисленные экспериментальные исследования формируемой шероховатости и степени упрочнения поверхностного слоя при различных методах ОУО ППД. В частности, профилограммы в районе очага деформации образцов из Стали 40Х, термообработанных до твердости 350HB, для накатывания роликом на отделочных, отделочно-упрочняющих и упрочняющих режимов представлены на рис. 1.
Таблица Эксплуатационное свойство Вид обработки Контактная жесткость, первое нагружение Отделочно-упрочняющая Контактная жесткость, повторное нагружение Отделочная Износостойкость при жидкостном трении Отделочная Износостойкость при граничном трении Отделочно-упрочняющая Износостойкость при сухом трении Упрочняющая Коррозионная стойкость Отделочная Статическая и усталостная прочность Упрочняющая Прочность посадок Отделочно-упрочняющая Герметичность Отделочная Левая часть профиля протяженностью 1,5 мм - исходная поверхность, правая часть - обработанная ОУО ППД на соответствующих режимах.
Исследование степени упрочнения для поверхности, профилограмма которой представлена на рис. 1а, показало отсутствие упрочнения, на рис. 1б значение коэффициента упрочнения составило k = 1,2, на рис. 1в - k = 1,5.
а) б) в) Рис. 1. Профилограммы в области очага деформации для режимов, соответствующих: а) отделочной обработке; б) отделочно-упрочняющей обработке; в) упрочняющей обработке.
Как видно из профилограмм (рис. 1), при отделочной и отделочноупрочняющей обработке происходит пластическое деформирование исходной шероховатости поверхности.
Анализ показывает, что при ее деформировании до 0,5 Rpисх (высота сглаживания исходной шероховатости) коэффициент упрочнения не превышает 1,05 (рис. 1а).
При превышении контактным сближением величины 0,5 Rpисх снижение высоты шероховатости происходит как за счет деформирования их вершин, так и за счет прогрессирующего по мере увеличения контактного сближения поднятия впадины неровностей (рис. 1б). Так же растет коэффициент упрочнения, достигая при контактных сближениях равных Rpисх величин k = 1,3Е1,4.
При значениях контактного сближения превышающих Rpисх, наблюдается полное передеформирование исходной шероховатости и формирование новой, а также увеличение коэффициента упрочнения k = 1,4Е2 (рис. 1в).
Таким образом, в качестве критерия, определяющего вид обработки, можно принять контактное сближение инструмента и обрабатываемой поверхности детали. Однако его использование не всегда удобно, поскольку нельзя указать конкретное граничное значение. Кроме того, граничные величины контактного сближения связаны с параметром Rpисх, а поскольку он не стандартизован, то возможны различные его трактовки.
В качестве дополнительного критерия предлагается номинальное контактное давление при обработке. Оно определяется по зависимости:
P рH = (1) AH где P - рабочее усилие, АН - номинальная площадь контакта.
Рабочее усилие определяется по зависимости:
P = AФ k HB (2) где k - коэффициент упрочнения, достигаемый при заданном виде ОУО ППД, HB - твердость обрабатываемой заготовки, AФ - фактическая площадь контакта.
С учетом исходной шероховатости фактическая площадь контакта будет зависеть от номинальной площади контакта АН, величин контактных деформаций, которые определяют формируемую относительную контактную длину профиля шероховатости - tpк :
tpk Aф = AH , (3) 1Подставляя (3) в (2), а полученное выражение в (1),получаем:
tpk рH = k HB (4) 1При отделочной обработке контактное сближение достигает yk = 0, Rpисх, при этом tpк находится в пределах 10-25%, а коэффициент упрочнения k = 1Е1,05, тогда:
0,1 HB < pн < 0,26 HB. (5) При отделочно-упрочняющей обработке 0,5 Rpисх < yk < Rpисх, 25% < tpк < 45%, а k = 1,05Е1,4 и 0,26 HB < pн < 0,63 HB. (6) При упрочняющей обработке yk > Rpисх, 45% < tpк < 100%, а k = 1,4Е2 и 0,63 HB < pн < 2 HB. (7) Таким образом, научно обоснован основной и дополнительный критерий разделения всех методов ОУО ППД рабочих поверхностей деталей машин, с учетом их функционального назначения, на три вида - отделочную, отделочно-упрочняющую и упрочняющую.
Третья глава работы посвящена получению теоретических уравнений взаимосвязи параметров качества поверхностного слоя детали и режимов ОУО ППД при отделочной и отделочно-упрочняющей обработке.
Для всех методов ОУО ППД предлагается единая зависимость для определения средней высоты неровности профиля шероховатости:
Rz = h1 + h2 + h3, (8) где составляющая h1 обусловлена геометрией и кинематикой перемещения инструмента, h2 определяется величиной пластических деформаций неровностей шероховатости, h3 - шероховатостью рабочей поверхности инструмента (рис. 1).
Составляющая h1 для статических методов определяется по известной зависимости:
h1 = S2/(8 r), (9) где S - подача, мм/об, мм/ход; r - профильный радиус инструмента, мм.
Для ОУО ППД динамическими методами инструментом со сферической рабочей поверхностью:
Ц при тетрагональном расположении отпечатков:
h1 = 2 S2/(8 r) = S2/(4 r), (10) - при гексагональном расположении отпечатков:
h1 = S2/(8 r) = S2/(6 r), (11) где S - расстояние между отпечатками в направлении подачи и скорости обработки, мм; r - профильный радиус инструмента, мм;
В зависимости от режимов обработки, составляющая h2 определяется либо пластическими деформациями исходной шероховатости при отделочных и отделочно-упрочняющих режимах, либо процессами пластической деформации основного материала поверхности при упрочняющих режимах обработки.
Для отделочных и отделочно-упрочняющих режимов обработки предложена физическая картина перераспределения материала в выступах и впадинах микропрофиля шероховатости при ОУО ППД (рис. 2).
В зависимости для расчета составляющей h2 при отделочной и отделочно-упрочняющей обработке, предложенной А.Г. Сусловым, принято допущение, что пластическая деформация вершины неровности на величину контактного сближения yк приводит к поднятию впадины неровности на равную ему величину yосн. В соответствии с принятой в данной работе схемой деформации, это равенство будет нарушаться. Поэтому зависимость для расчета составляющей h2 в общем виде будет выглядеть следующим образом:
h2 = Rzисх - (ук+уосн). (12) На основании описания профиля шероховатости, приведенного в работах Суслова А.Г., была разработана расчетная схема для определения взаимной зависимости параметров yк и yосн (рис 3, 4).
Рис. 2. Схема формирования шероховатости при отделочных и отделочноупрочняющих режимах ОУО ППД.
Поскольку профиль шероховатости описывается двумя зависимостями (для выступа и впадины), то были получены два уравнения взаимосвязи, представленные ниже.
При контактном сближении меньше переходного, т.е. yк < yк п взаимосвязь описывается уравнением:
yk Sm(100 - tm( )v ) Sm tm yk v+1 Rp = yосн 200Rpv v +1 2 (13) Sm tm (yосн + yk )v+1 - yk v+- ( - yосн yk v ) 200 Rpv v + Рис.3. Схема расчета параметров неровности при величине ук меньше переходной Рис.4. Схема расчета параметров неровности при величине ук больше переходной Относительную контактную длину tpk при этом определяют по зависимости:
yk + yосн tpk = tm ( )v (14) Rp При контактном сближении меньше переходного, т.е. yк < yк п, уравнение принимает вид:
yk Sm(100 - tm( )v ) Sm tm yk v+1 Rp = yосн 200Rpv v +1 2 Sm 100-tm (R max -(yk + yосн ))vв+- (15) 100 (yk + yосн - Rp)- vв +1 ( (R max -Rp)vв -(R max -Rp)) 2 Sm tm (yk )v+1 Sm tm yk v yосн - (Rp - ) + 200 (v +1) Rpv 200 Rpv А относительную контактную длину tpk определяют по зависимости:
Rmax - (yk + yосн ) tpk = 100 - (100 - tm )( )vв (16) Rmax - Rp Величина переходного контактного сближения yк п определяется из уравнения (13) при подстановке в него уосн = Rpисх - yк. Тогда оно принимает вид:
Sm tm ykn v+1 ykn = (Rp - ykn )Sm(100 - tm( )v ) Rpv v +1 Rp (17) Sm tm (Rp)v+1 - ykn v+- ( - (Rp - ykn ) ykn v ) Rpv v +Как показывает анализ зависимостей (14, 16), до уровня контактного сближения около 0,5 Rpисх величина уосн пренебрежимо мала, поэтому вычисления можно производить по упрощенной зависимости:
yk tpk = t ( )v. (18) m Rp Данные зависимости позволяют по известной величине контактного сближения определить относительную контактную длину, а, следовательно, и фактическую площадь контакта.
Деформация неровностей шероховатости носит упруго-пластический характер. Очевидно, что упругие деформации будут оказывать влияние на профиль шероховатости после обработки и рабочие усилия при обработке за счет увеличения площади контакта. Для оценки степени влияния упругой составляющей деформации на параметры процесса ОУО ППД и его результат были получены зависимости доли упругой деформации Куп в контактном сближении yк от величины последнего при заданных значениях параметров шероховатости:
2 K Kуп =, (19) K + K2 + 4yк где (1 - 2 ) K = 2 k HB cр 0,5 (20) E где - коэффициент Пуассона, Е - модуль Юнга, МПа, k - коэффициент упрочнения; HB - твердость обрабатываемого материала, МПа;
cр - средний радиус выступа шероховатости, мкм, определяемый через высотные и шаговые параметры шероховатости.
Величина упругой деформации определяется по зависимости:
2 K yк yуп = (21) K + K2 + 4yк Как видно из зависимостей (20) и (19) на упругое восстановление оказывают влияние контактное сближение yк, геометрические параметры шероховатости, определяющие cр, физико-механические свойства материала и коэффициент упрочнения. Расчеты по зависимости (21) показали, что максимальная величина упругого восстановления составляет десятые доли микрометра, поэтому на профиль шероховатости существенного влияния не оказывает.
Для определения влияния упругого восстановления на рабочее усилие были приняты следующие допущения: 1) упругое восстановление любой точки профиля шероховатости, бывшей в контакте с инструментом, зависит только от величины максимального контактного сближения в ней; 2) фактическое контактное давление Pку при упругом восстановлении в любой точке линейно изменяется от Pку = k HB при максимальном контактном сближении до 0 при полном упругом восстановлении в рассматриваемой точке.
С учетом этих допущений была получена зависимость для определения номинального контактного давления при упругом восстановлении.
Номинальное контактное давление для заданной величины упругого восстановления неровности yуВ, зависящей от положения инструмента относительно уровня, достигнутого при упруго-пластическом контактном сближении, будет определяться по зависимости:
by yyB Pкуnom = 2 k HB(1- )dx/ Sm. (22) yynp (x) где bу - половина длины контакта единичной неровности с поверхностью инструмента, численно равная координате x точки, для которой yупр = yуВ; yупр (х) - максимальная величина упругого восстановления в точке с координатой х.
Для определения коэффициента упрочнения была разработана зависимость на основании формулы Мейера, имеющая вид:
n m Rn-2 4 ( -1 ) k = ( )n/ 2 Ar ( )n-2, (23) HB r где m и n Ч коэффициенты, зависящие от пластических свойств материала; R - радиус сферы индентора при испытаниях; Ar Ч фактическая площадь контакта обрабатываемой поверхности и сферы, радиус которой равен приведенному радиусу контакта r, для которого определяется степень упрочнения, определяемая по зависимости:
2ryk Аr = 2 ro tpk(yk тек )drо/100, (24) где tpk(yk тек ) - относительная контактная длина, определяемая по зависимостям (14) или (16) при значениях контактного сближения yk тек в различных точках отпечатка, определяемого по зависимости yk тек = yk - r + r -ro 2, (25) где yk - максимальное контактное сближение в центре отпечатка, ro - расстояние от рассматриваемой точки до центра отпечатка.
Для проверки полученной зависимости были проведены экспериментальные исследования вдавливанием индентора в шероховатую поверхность и обкатыванием шариком, показавшие удовлетворительную сходимость результатов.
На выбор значения профильного радиуса инструмента оказывают влияние множество факторов, многие из которых достаточно сложно учесть.
При его выборе необходимо учитывать вид обработки. Так при отделочной и отделочно-упрочняющей радиус целесообразно определять исходя из требуемых и исходных параметров качества поверхностного слоя.
Для обеспечения равномерного процесса деформирования неровностей минимальный профильный радиус инструмента должен быть подобран таким образом, что при обработке в случае попадания между выступами шероховатости инструмент не должен проседать на величину, превышающую некоторый предел относительно заданного контактного сближения. Предельная величина проседания принята 0,1 Rzисх (рис. 4) на основании моделирования процесса обработки с помощью разработанной программы для ЭВМ, представленной в пятой главе.
Рис.4. Взаимосвязь профильного радиуса инструмента с параметрами шероховатости.
Исходя из этого, минимальная величина профильного радиуса rmin можно определить из геометрических соображений (рис. 4) по зависимости:
Smrmin = (26) 0.8 Rz где Sm - средний шаг неровностей исходной шероховатости, Rz - высота неровностей исходной шероховатости.
Максимальное значение профильного радиуса на отделочных и отделочно-упрочняющих режимах ограничивается параметрами волнистости.
Если радиус инструмента больше радиуса впадины волнистости, то деформация шероховатости на вершине и во впадине волны становится неравномерной. Исходя из геометрических соображений, для определения максимального радиуса инструмента получаем зависимость:
SmW rmax = (27) 16 Wz где SmW - средний шаг неровностей исходной волнистости, Wz - высота неровностей исходной волнистости.
Экспериментальные исследования при обработке роликами с большими профильными радиусами подтвердили появление неравномерности деформирования неровностей шероховатости.
Как показывает анализ литературы, а также профилограмм, полученных при экспериментальных исследованиях, для схемы обработки шарик - плоская поверхность при ОУО ППД на отделочных и отделочноупрочняющих режимах внеконтактными деформациями можно пренебречь.
Поэтому площадь контакта определяется из геометрических соображений и зависит от подачи Sz, контактного сближения yк, радиуса инструмента r, и величины упругого восстановления шероховатости yупр. Расчет площади контакта ведется с учетом следа, оставленного на предыдущем проходе (рис. 5).
Основным параметром режима обработки при ОУО ППД является рабочее усилие. Усилие обработки формируется в двух зонах площадки контакта (рис. 5): зоне упруго-пластических деформаций Анупл, располагающейся от точки начала контакта до максимального внедрения инструмента; зоне упругого восстановления Анупр, расположенной после точки максимального внедрения.
Результирующее рабочее усилие получается суммированием упругопластической составляющей Pпл и составляющей от упругого восстановления Pу :
P = Pпл + Pу. (28) Каждая точка в пределах номинальной площадки контакта характеризуется своим набором параметров, зависящих от контактного сближения, поэтому для расчета целесообразно разбить площадь контакта на элементарные площадки. Усилие на i-й элементарной площадке, подвергающейся упруго-пластической деформации определяется по зависимости Pплi = HB ki Aнi tpк i /100, (29) где c' = 2,85 - коэффициент стеснения, ki - коэффициент упрочнения на i-й элементарной площадке; Aнi - номинальная площадь (геометрический размер) элементарной площадки контакта, tpк i - относительная контактная длина на i-й элементарной площадке.
Рис. 5. Номинальная площадь контакта Усилие на i-й элементарной площадке при ее упругом восстановлении определяется по зависимости Pyi = Pкуnom Aнi, (30) где Pкуnom - номинальное контактное давление на площадке, определяемое по зависимости (22); Aнi - номинальная площадь элементарной площадки контакта в зоне упругого восстановления.
Рабочее усилие получается суммированием усилий на элементарных площадках. Для достаточно простой геометрии инструмента и обрабатываемой поверхности, например, для схемы обработки шарик - плоская поверхность, возможно аналитическое определение рабочего усилия по зависимости:
P = nom HB tpk (yki ) k(yki )dAHyпy + Pky (yyBi )dAH ynp (31) AHynл AHynp где укi - контактное сближение на рассматриваемой элементарной площадке, определяемое из геометрических соображений; ууВi - величина упругого восстановления неровности на рассматриваемой площадке, определяемое из геометрических соображений; k(укi) - зависимость (23) коэффициента упрочнения от контактного сближения.
Практически любую другую схему обработки ОУО ППД можно привести к этой схеме. Методам такого приведения посвящено достаточно большое количество работ, в частности работы Дрозда М.С.
В четвертой главе рассмотрены особенности формирования параметров качества поверхностного слоя при ударных (динамических) методах ОУО ППД.
Основной характеристикой процесса обработки ОУО ППД ударными методами является энергия удара. Она расходуется в общем случае на деформирование шероховатости и деформирование основного материала. В литературе практически не уделено внимания деформированию шероховатости, хотя и упоминается, что она поглощает часть энергии удара.
Для определения затрат энергии на деформацию шероховатости предлагается ввести характеристику поверхности - удельная работа на единице площади обрабатываемой поверхности Аду.
В общем случае работа определяется произведением силы на перемещение, вызванное этой силой.
При деформации неровностей сила определяется по зависимости:
Р = Ан tpк HB k /100, (32) где Ан - номинальная площадь контакта, tpк - относительная контактная длина, определяемая по зависимостям (14) или (16). Очевидно, что величина усилия зависит от контактного сближения. Тогда общая работа деформации на площади Ан будет определяться суммой работ на элементарных перемещениях dy на всем контактном сближении по зависимости:
yk tpk(y) Ад = Ан HB k(y) dy. (33) 1Удельная работа деформации неровностей на единицу номинальной площади обрабатываемой поверхности будет определяться как:
yk Аду = HB (y)k(y) dy /100. (34) k tp Как видно из приведенной зависимости, удельная работа зависит только от физико-механических характеристик материала и параметров шероховатости поверхности.
Работа, совершаемая инструментом при множестве ударов по единичной площади обрабатываемой поверхности, определяется как сумма энергий всех ударов на этой площади. Принимая, что энергии ударов равны, получаем:
Аду = Еу m, (35) где Еу - энергия единичного удара, Дж; m - плотность ударов, мм-2, которая может быть определена как m = (Szпр Szпоп )-1, где Szпр, Szпоп - шаги между ударами в продольном и поперечном направлении соответственно, обычно принимаемые равными.
Учитывая, что энергия удара расходуется как на пластическое деформирование поверхностного слоя, так и на его упругое деформирование, нагрев и др., получено уравнение, связывающее характеристики обрабатываемой поверхности, режимы обработки и параметры инструмента:
yk kЭ EK = HB (y)k(y) dy /100. (36) k 2 tp Sz где kэ - доля кинетической энергии, затраченная на процесс пластического деформирования.
Режимы обработки могут корректироваться варьированием кинетической энергии единичного удара и среднего шага между ударами.
Пересчет энергии и среднего шага на режимы обработки производится по известным зависимостям для конкретного метода обработки.
Экспериментальная проверка полученных зависимостей применительно к методу центробежно-ударной обработки показала удовлетворительную сходимость результатов.
Пятая глава посвящена моделированию процессов при ОУО ППД статическими и динамическими методами.
Для моделирования процессов в очаге деформации при обработке статическими методами была разработана программа в среде C++Explorer.
Задача моделирования состояла в повышении наглядности моделируемого процесса, установлении влияния радиуса инструмента и подачи на шероховатость и волнистость получаемой поверхности.
Наиболее просто с точки зрения математического аппарата реализовать дискретное моделирование обрабатываемой поверхности и инструмента, то есть профиль шероховатости и инструмента задается в виде набора точек.
Такое решение позволяет загружать в программу реальные профили шероховатости, полученные с помощью современных профилографов.
Соответственно и профиль инструмента необходимо задавать дискретно, что снимает ограничения по форме моделируемой рабочей поверхности инструмента. Профиль инструмента создается непосредственно в данном программном комплексе. Таким образом, обеспечивается быстрый ввод исходных данных.
В соответствии с приведенной выше физической картиной, для моделирования производится разбиение профиля по вершинам и впадинам на участки, длина которых близка к половине среднего шага Sm. Начальное положение инструмента задается таким образом, что бы на всей длине моделируемого профиля он не контактировал с поверхностью. Сближение инструмента с обрабатываемой поверхностью производится дискретно. Шаг сближения определяется дискретностью профиля шероховатости по вертикали, определяемой профилометром, с помощью которого получен профиль. На каждом шаге производится определение объема вытесненного материала и перераспределение его во впадину в пределах участка.
Поскольку для разных вершин неровностей в пределах участка контакта контактное сближение отличается, то отличаются и объемы вытесняемого материала. Чтобы обеспечить отсутствие ступенек на границе участков у основания неровности, при превышении ступенькой некоторой заданной высоты происходит частичное перераспределение материала на соседний участок. Кроме того, при отделочно-упрочняющей обработке возможны контактные сближения, при которых впадина будет полностью заполнена. В этом случае предусмотрено перераспределение материала на более широкую область, размеры которой зависят от размеров участка, на котором полностью заполнены впадины. Сближение происходит до тех пор, пока расчетное усилие не превысит заданного значения.
Расчетное усилие определяется по зависимости:
P = HB k kа Ar, (37) где k - коэффициент упрочнения, значение которого при отделочной обработке составляют 1Е1,05, при отделочно-упрочняющей 1,05Е1,4; kа - экспериментальный поправочный коэффициент; Ar - фактическая величина элементарной контактной площадки, определяемая как Ar = n dx dz, где n - количество точек поверхности, находящееся в контакте с инструментом; dx и dz - дискретность модели по осям x и z соответственно.
Результатом работы программы является профиль шероховатости, получаемый после ОУО ППД. Пример полученного профиля представлен на рис. 6.
Рис.6. Профиль шероховатости, полученный при моделировании Программа производит расчет параметров как исходной шероховатости, так и полученной в результате ОУО ППД.
Для проверки адекватности моделирования производилось сравнение профилей, полученных моделированием и накатыванием шариковой накаткой при тех же условиях. Сравнение показало достаточно хорошее совпадение параметров шероховатости профилей полученных моделированием и экспериментально.
Для моделирования процессов ударной обработки плоских поверхностей была разработана программа в среде C++Explorer. Задача моделирования состояла в установлении влияния геометрических параметров инструмента и исходной шероховатости поверхности, а также физикомеханических свойств обрабатываемой поверхности на силовые и кинематические параметры контактного взаимодействия и параметры получаемой шероховатости поверхности при отделочных и отделочноупрочняющих режимах обработки динамическими методами. Волнистость поверхности не учитывалась.
Обрабатываемая поверхность представляется как плоскость, состоящая из элементарных площадок. Размер площадок может задаваться произвольным образом, однако представляется целесообразным задавать его исходя из дискретности представления данных современными профилографами-профилометрами, которая обычно составляет 0,005Е0,05 мм.
В пределах любой элементарной площадки при упруго-пластическом взаимодействии поверхность ведет себя в соответствии с зависимостью Pk(yk) для заданного радиуса инструмента, а при упругом восстановлении - Pkу(yk, yуВ), где yуВ - положение инструмента относительно максимального достигнутого контактного сближения в рассматриваемой точке. Зависимости представляются в табулированном виде как исходные данные. Таблицы формируются в системе MathCad по заданным параметрам шероховатости поверхности.
Инструмент моделируется набором точек, которые могут быть расположены по поверхности фрагмента тела вращения произвольного профиля. Инструмент представляется абсолютно жестким.
Исходными данными для моделирования являются скорость инструмента при ударе, масса инструмента, угол удара и шаг между отпечатками ударов.
При каждом ударе инструмент устанавливается в начальное положение, соответствующее касанию поверхности. Далее начинается пошаговый расчет. На каждом шаге инструмент смещается в направлении составляющих скорости Vt и Vn на величину, рассчитываемую по дискретности времени dt.
По текущей величине контактного сближения определяются точки инструмента, вступившие в контакт с поверхностью. Для каждой точки, по табулированной функции Pk(yk), определяется нормальное элементарное усилие, и из геометрических соображений производится расчет касательного элементарного усилия. Суммарные по площадке контакта нормальное и касательное усилия определяются сложением соответствующих составляющих по всем точкам контакта.
Если в какой либо точке обрабатываемой поверхности контактное сближение начинает уменьшаться, то для нее рассчитывается усилие при упругом восстановлении. Для этого сохраняется максимальное контактное сближение, определяется положение инструмента yуВ в данный момент, и, по табулированной функции Pkу(yk, yуВ), определяют номинальное контактное давление, а затем элементарные усилия в точке в нормальном и касательном направлениях и суммарные усилия.
По полученным усилиям рассчитываются ускорения инструмента в нормальном и касательном направлениях, что в свою очередь позволяет определить величину скорости для следующего шага. Процесс удара завершается в момент, когда площадь контакта инструмента и обрабатываемой поверхности становится равной 0, то есть происходит отрыв от обрабатываемой поверхности.
Для следующего удара инструмент смещается на величину шага ударов в продольном направлении. По завершении цепочки ударов производится смещение инструмента в поперечном направлении на величину шага ударов Sz и запускается процесс формирования следующей цепочки ударов (следующий проход). Установившийся профиль шероховатости формируется за несколько проходов.
Проверка адекватности моделирования производилась сравнением параметров качества поверхности, полученной экспериментально центробежно-ударной обработкой на отделочно-упрочняющих режимах и моделированием. Сходимость полученных результатов удовлетворительная.
В шестой главе разработана обобщенная методология проектирования операций ОУО ППД, а также алгоритм проектирования для создания программы и структура базы данных по методам обработки.
При проектировании операций ОУО ППД предлагается алгоритм, представленный на (рис. 7). Исходными данными для проектирования являются:
- функциональное назначение поверхности;
- размеры, форма и требуемая точность поверхности;
- шероховатость, степень и глубина упрочнения поверхностного слоя;
- материал и размеры детали.
Поскольку возможности ОУО ППД по повышению точности не превышают высоты неровностей профиля шероховатости поверхности, то можно считать, что она полностью обеспечивается точностью предшествующей обработки. Исходя из заданной точности окончательно обработанной поверхности, определяется метод предшествующей обработки, который в свою очередь определяет исходную шероховатость поверхностного слоя. В настоящее время накоплены достаточно обширные банки данных по различным методам обработки, что позволяет решить эту задачу. В результате будет получен один или несколько методов обработки, обеспечивающих необходимую точность поверхности. Выбор среди этих методов необходимо производить в соответствии с условиями конкретного производства конкретной детали. Критерием выбора может быть производительность, наличие оборудования и оснастки, минимальная себестоимость и др.
Следующим этапом проектирования является выбор метода и вида обработки ОУО ППД. Он осуществляется исходя из:
- размеров детали, от которых зависит ее жесткость;
- размеров и формы обрабатываемой поверхности;
- требуемых характеристик качества поверхностного слоя, обусловленных функциональным назначением поверхности;
- исходных характеристик качества обрабатываемого поверхностного слоя, полученных на предшествующей обработке и определяющих возможности для обработки детали ОУО ППД.
Рис. 7. Блок-схема алгоритма выбора метода, условий и определения режимов обработки ОУО ППД Структура построения данных для организации выбора методов и видов обработки представлена на рис. 8.
В результате может быть выбран как один, так и несколько методов.
На последующем этапе определяются геометрические параметры рабочей части инструмента и назначение режимов обработки для всех выбранных методов.
Рис. 8. Структура исходных данных для выбора метода и вида обработки Определение радиусов инструмента и расчет режимов обработки производится отдельно для отделочной, отделочно-упрочняющей и упрочняющей обработки и в пределах каждого вида отдельно для статических и ударных методов.
Для отделочной обработки статическими методами предлагается следующая методика.
1. Определяем приведенный профильный радиус инструмента. Значение радиуса принимается средним между минимальным и максимальным, определенным по зависимостям (26) и (27) соответственно, либо равным минимальному при отсутствии сведений о волнистости поверхности.
2. Определяется расчетное контактное сближение, обеспечивающее значение параметра Rzтр, по зависимости:
ykp = 1.25 (Rzисх - Rzтр + Rzи), (38) где Rzисх и Rzтр - параметры исходной и формируемой шероховатости соответственно; Rzи - шероховатость рабочей поверхности инструмента.
Коэффициент 1,25 принят из следующих соображений. При минимальном коэффициенте перекрытия следов обработки 2, составляющая h1 будет равна 0,25 yк, соответственно при расчете ykp эту добавку необходимо учесть.
3. Максимально допустимую величину подачи целесообразно уменьшить для повышения равномерности обработки. Примем величину коэффициента понижения подачи 0,75. Тогда подача будет определяться:
S = 0.75 2 r ykp (39) 4. Определяем фактическую геометрию инструмента.
Определяем профильный радиус инструмента по зависимости :
Rд np r rи = , (40) Rд np - r где л+ - при выпуклом, а Ц - при вогнутом профиле детали; Rд пр - профильный радиус детали. Если профиль детали прямолинейный, то rи = r.
Рабочий радиус rp роликового инструмента для предварительных расчетов принимается: равным радиусу обрабатываемой поверхности детали rp = Rд при обработка наружных поверхностей вращения, rp = 40 мм при обработке плоских поверхностей, rp = 0,5 Rд - при обработке отверстий.
Радиус шарика для шарикового инструмента, соответственно, равным профильному радиусу rp = rи.
5. Определяем рабочее усилие.
Для определения рабочего усилия схема обработки приводится к виду шарик - плоская поверхность, для чего определяется средний приведенный радиус контакта по зависимости rср = r rpn (41) где rрп - приведенный рабочий радиус, определяемый по зависимости:
Rд rp rрп =, (42) Rд rp где Rд - радиус детали; знаки л+ и Ц - при обработке вала и отверстия соответственно. При обработке плоской поверхности rрп = rр.
Далее, по методике, изложенной в 3-й главе, определяется рабочее усилие.
Для отделочно-упрочняющей обработки статическими методами предлагается следующая методика.
1. Определяем приведенный профильный радиус инструмента. Расчет производится аналогично отделочной обработке.
2. Определяется расчетное контактное сближение, обеспечивающее значение параметра Rzтр либо по условию 2-х кратного перекрытия следов обработки, либо по условию h1 0,5 Rzтр. Выражения, соответствующие этим условиям имеют вид:
ykp = 1.25 (Rzисх - Rzтр + Rzи) - 1,25 уосн (43) и ykp = Rzисх - 0,5 Rzтр + Rzи - уосн. (44) Коэффициент 1,25 в первом выражении принят из тех же соображений, что и при отделочной обработке. Значение ykp определяется решением уравнений (13) или (15) в соответствии с методикой, изложенной в 3-й главе.
Окончательно принимается большее из полученных значений ykp.
3. Определяется степень упрочнения, получаемая при расчетном профильном радиусе инструмента и расчетном контактном сближении по зависимости (23). Если есть требования по степени упрочнения, проверяется, достигнуто ли ее значение. В случае, если не достигнуто, производится расчет радиуса исходя из требуемой степени упрочнения по зависимости (23). При полученном значении радиуса меньше минимального в соответствии с п.1, принимается минимальное значение, а требуемая степень упрочнения достигается увеличением расчетного контактного сближения вплоть до Rp. Если и в этом случае упрочнение не достаточно, то производится упрочняющая обработка.
4. Определяется величина подачи по условию 2-х кратного перекрытия следов обработки, либо по условию h1 0,5 Rzтр. Выражения для ее определения имеют вид:
S = 0.75 2r ykp и S = 0.75 4r RzTP (45) соответственно. Принимается меньшее значение подачи.
5. Определяем фактическую геометрию инструмента аналогично отделочной обработке.
6. Определяем рабочее усилие аналогично отделочной обработке.
При упрочняющей обработке статическими методами используется методика, изложенная в работах В.М.Смелянского.
Производить отделочную обработку ударными методами нецелесообразно. Анализ различных методов показал, что либо невозможно обеспечить режимы отделочной обработки, либо происходит неприемлемое снижение производительности.
Для отделочно-упрочняющей обработки ударными методами предлагается следующая методика.
1. Определяем приведенный профильный радиус инструмента. Расчет производится аналогично отделочной обработке статическими методами.
2. Определяется расчетное контактное сближение аналогично отделочно-упрочняющей обработке статическими методами.
3. Определяется степень упрочнения аналогично отделочноупрочняющей обработке статическими методами.
4. Определяется шаг ударов, одинаковый в продольном и поперечном направлениях, и принимаемый равным величине подачи, рассчитываемой аналогично отделочно-упрочняющей обработке статическими методами.
5. Определяется фактический радиус инструмента аналогично отделочной обработке шариком статическими методами.
6. Из зависимости (36) определяется энергия единичного удара.
Расчет режимов упрочняющей обработки ударными методами производится по методикам, разработанным Кудрявцевым И.В., Петросовым В.В., Бабичевым А.П., Киричеком А.В., Соловьевым Д.Л. и др.
авторами.
Окончательный выбор метода ОУО ППД может быть произведен на основании следующих критериев:
- производительность;
- минимальная технологическая себестоимость;
- наличие инструмента, оборудования и оснастки для каких либо методов ОУО ППД.
Производительность определяется по известным зависимостям укрупнено по величине машинного времени То и коэффициенту серийности производства Кс, определяющим уменьшение доли машинного времени в общей длительности операции со снижением серийности производства.
Расчет машинного времени для статических методов и ударных методов ОУО ППД с упорядоченным расположением отпечатков может производиться по схемам методов механической обработки, кинематика движений которых наиболее близка к кинематике движений рассчитываемого метода ОУО ППД.
Для ударных методов со случайным расположением отпечатков машинное время рассчитывается по существующим зависимостям для соответствующего метода или группы методов. При расчете производительности учитывается количество одновременно обрабатываемых деталей.
Технологическая себестоимость является наиболее общим показателем, учитывающим большое количество различных производственных факторов.
Для ее определения используется укрупненный метод расчета. Основные составляющие технологической себестоимости операции - это расходы на эксплуатацию рабочего места и затраты на инструмент.
Стоимость одного часа эксплуатации рабочего места включает расходы на заработную плату, амортизацию, ремонт и обслуживание оборудования, энергию и определяется по справочникам. Для удобства использования в программе стоимость машино-часа работы оборудования оценивалась относительно эталона Сбаз об, за который был принят станок модели 16К20 с помощью коэффициента пропорциональности Kмч.
Затраты на инструмент зависят от его цены и стойкости. Стойкость инструмента для ОУО ППД весьма значительна, а стоимость элементов рабочей части инструмента или самого инструмента, которые в основном подвержены износу, относительно невелика. Кроме того, в большинстве случаев инструмент для ОУО ППД универсален. Поэтому целесообразно учитывать его стоимость так же как для оборудования - исходя из длительности обработки, задаваясь сроком службы инструмента. Для укрупненного расчета срок службы инструмента принят 5 лет или 10000 ч.
Стоимость простого инструмента, используемого в методах обработки свободными элементами, целесообразно включить в стоимость эксплуатации оборудования, поскольку их раздельное использование не предусматривается.
Для использования в программе стоимость часа работы инструмента определялась ориентировочно, исходя из его сложности и размеров. По размеру инструмент делится на три группы, в соответствии со структурой разделения деталей: инструмент для деталей размером до 100 мм;
инструмент для деталей размером от 100 до 300 мм; инструмент для деталей размером свыше 300 мм. Стоимость часа работы инструмента оценивалась относительно эталона Сбаз и, за который была принята роликовая накатка, с помощью коэффициента пропорциональности Kич.
Таким образом, все затраты при ОУО ППД пропорциональны длительности обработки, а технологическая себестоимость операции определяется по зависимости:
Ст1 = To (Сбаз об Кмч + Сбаз и Кич) / Kc. (46) Наличие на производстве инструмента, оборудования, оснастки для реализации одного из группы выбранных методов, позволяет существенно снизить как стоимость подготовки производства, так и ее сроки. Поэтому в качестве дополнительного экономического параметра возможно использование ориентировочной стоимости разовых капитальных вложений в средства технологического оснащения.
В работе представлен пример реализации разработанной методологии, алгоритма и программы для выбора оптимального метода и режимов ОУО ППД детали Торсион (черт. № 6909-2802812) используемой в шасси автомобилей БАЗ-6909. Расчеты производились с помощью разработанного комплекса программ. Таким методом оказалась центробежно-ударная обработка с режимами: частота вращения детали: nд = 125 мин-1; подача:
So = 0,2 мм/об; частота вращения инструмента: 4000 мин-1; натяг 0,35 мм;
количество шариков: 24 шт; диаметр шариков 12 мм; радиус инструмента: мм.
По сравнению с существующим накатыванием роликами это позволило повысить долговечность на 7% и снизить трудоемкость операции на 16%.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ 1. Исходя из функционального назначения обрабатываемых поверхностей, научно обосновано деление ОУО ППД на отделочную, отделочно-упрочняющую и упрочняющую. В качестве критерия разделения обосновано использование величины контактного сближения рабочей поверхности инструмента с обрабатываемой поверхностью детали, которое определяется фактическим рабочим давлением.
2. Теоретически и экспериментально установлено, что это давление определяется геометрией рабочей поверхности инструмента и обрабатываемой поверхности, ее исходной шероховатостью и физикомеханическими свойствами материала детали.
3. Разработан комплекс моделей и алгоритмов, базирующийся на математическом, компьютерном и имитационном моделировании, который включает:
- математическую модель процесса деформации неровности шероховатости при ОУО ППД, позволяющую определить степень упрочнения и высотные параметры неровности после обработки;
- математическую модель процесса упругого восстановления неровности шероховатости при ОУО ППД, позволяющую определить упругую составляющую рабочего усилия;
- математическую модель процесса обработки статическими методами ОУО ППД по схеме шарик - плоская поверхность позволяющую определить режимы обработки, обеспечивающие требуемые параметры качества для отделочных и отделочноупрочняющих режимов обработки;
- имитационную модель статических методов ОУО ППД, позволяющую определять по заданным режимам обработки и геометрическим параметрам инструмента параметры получаемой шероховатости поверхности для отделочных и отделочноупрочняющих режимов;
- имитационную модель ударных методов ОУО ППД, позволяющую определять по заданным режимам обработки и геометрическим параметрам инструмента параметры получаемой шероховатости поверхности для отделочно-упрочняющих режимов;
- математическую модель контактного взаимодействия инструмента и обрабатываемой поверхности для ударных методов ОУО ППД при различных углах удара, для определения степени влияния угла удара на энергетические и кинематические параметры процесса и некоторые параметры качества поверхностного слоя.
4. Установлено, что исходная шероховатость поверхности полностью переформируется при контактных сближениях, равных параметру Rp исходной шероховатости.
5. Установлено, что влияние упругой составляющей при восстановлении неровности шероховатости на усилие обработки составляет 19Е29%.
6. Разработан программное обеспечение в программных пакетах MathCAD, SciLab, C++Explorer, реализующее разработанный комплекс моделей и алгоритмов.
7. Установлена возможность управления несущей способностью шероховатости поверхности (параметр tp) при ОУО ППД.
8. Разработана методология и алгоритм проектирования технологических операций ОУО ППД, позволяющий автоматизировать выбор метода, расчет отдельных параметров инструмента и режимов обработки, обеспечивающих требуемую шероховатость и коэффициент упрочнения обрабатываемой поверхности детали, с учетом ее функционального назначения, с наименьшей технологической себестоимостью.
Основное содержание диссертации опубликовано в работах:
Публикации в научных изданиях, рекомендованных ВАК 1. Гуров, Р.В. Основы проектирования инструмента для различных методов отделочно-упрочняющей обработки поверхностно-пластическим деформированием // Вестник БГТУ. - Брянск, 2006. - №2. - С. 106 - 113.
2. Суслов, А.Г. Проектирование инструмента для отделочноупрочняющей обработки поверхностно-пластическим деформированием/ А.Г.Суслов, Р.В.Гуров// Известия Тульского государственного университета.
Ц Тула, 2006. - С. 10-16.
3. Суслов, Отделочно-упрочняющая обработка поверхностнопластическим деформированием/ А.Г.Суслов, Р.В.Гуров, Е.С.Тишевских // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2008. - №9. - С.11 - 14.
4. Гуров, Р.В. Взаимосвязь профиля инструмента с другими технологическими параметрами при отделочной ОУО ППД// Известия Тульского государственного университета. Сер. Инструментальные и метрологические системы. - Тула, 2008. - С.15. Суслов, А.Г. Проектирование операций отделочно-упрочняющей обработки поверхностно-пластическим деформированием / А.Г.Суслов, Р.В.Гуров // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2010. - №3 - С.14 - 17.
6. Гуров, Р.В. Взаимосвязь режимов обработки и геометрических параметров инструмента с параметрами качества поверхностного слоя при отделочных и отделочно-упрочняющих режимах ОУО ППД // Упрочняющие технологии и покрытия - 2010. - №8 - С.7 - 10.
7. Суслов, А.Г. Изготовление теплообменников в единичном и мелкосерийном производствах пластическим оттеснением материала / А.Г.Суслов, Р.В.Гуров // Справочник. Инженерный журнал. - 2003 - №10 - С.18-21.
8. Гуров, Р.В. Методология проектирования операций отделочноупрочняющей обработки деталей машин поверхностно-пластическим деформированием// Вестник БГТУ. - 2010. - №4 - С. 17 - 24.
9. Суслов, А.Г. Методология выбора методов и условий отделочноупрочняющей обработки деталей машин поверхностно-пластическим деформированием/ А.Г.Суслов, Р.В.Гуров // Справочник. Инженерный журнал. - 2011. - №1 - С.12 - 16.
10. Гуров, Р.В. Особенности проектирования операций отделочноупрочняющей обработки поверхностно-пластическим деформированием// Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - Орел, 2011. - №1. - С.73 - 78.
11. Гуров, Р.В. Формирование качества поверхностного слоя при отделочных и отделочно-упрочняющих режимах отделочно-упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием // Вестник БГТУ - Брянск, 2011 - №3. - С.67 - 73.
12. Гуров, Р.В. Исследование процесса контактирования инструмента и обрабатываемой поверхности при центробежно-ударной обработке// Вестник БГТУ. - 2011. - №4 - С.62 - 67.
13. Гуров, Р.В. Особенности взаимодействия инструмента и обрабатываемой поверхности при центробежно-ударной обработке/ Р.В.Гуров, А.Н.Шоев// Упрочняющие технологии и покрытия. - 2011. - №Ц С.8 - 12.
14. Суслов А.Г., Гуров Р.В. Методология выбора методов и определения режимов отделочно-упрочняющей обработки поверхностнопластическим деформированием деталей машин исходя из их функционального назначения/ А.Г.Суслов, Р.В.Гуров // Справочник. Инженерный журнал. - 2012. - №2. - С.15.
15. Гуров Р.В. Учет упругого восстановления в процессе отделочноупрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием// Упрочняющие технологии и покрытия - 2012. - №3. - С.9.
16. Гуров, Р.В. Научно обоснованное определение геометрии рабочего элемента инструмента для отделочно-упрочняющей обработки деталей поверхностным пластическим деформированием // Наукоемкие технологии в машиностроении. - 2011. - №6 - С. 43-17. Гуров, Р.В. Определение влияния упругих деформаций при ОУО ППД на усилие обработки и формирование шероховатости.// Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. - Орел, 2011. - №6/2. - С.42.
18. Гуров, Р.В. Разработка программы для моделирования отделочной и отделочно-упрочняющей обработки ППД // Известия Тульского государственного университета. Сер. Технические науки. - Тула, 2011. - № 6/2 - С.127.
Другие публикации 19. Суслов, А.Г. Совершенствование и создание технологий и инструментов с учетом функционального назначения обрабатываемых поверхностей/ А.Г.Суслов, В.П.Инютин, А.В.Хандожко, Р.В.Гуров// Материалы Международной конференции Современные материалы, технологии, оборудование и инструмент в машиностроении 26-27 октября 2000, г. Киев. - Киев, 2000. ЦС. 83.
20. Гуров, Р.В. Исследование процесса формообразования ребер теплообменников при их изготовлении методом пластического оттеснения// Молодежная научно-техническая конференция вузов приграничных государств, 23-24 октября, 2001 г., тез. докл./Под ред. О.А.Горленко. - Брянск, 2001. - С. 21.
21. Гуров, Р.В. Технологическое обеспечение увеличения поверхности теплообмена// Обработка металлов. - 2001. - №1. - С.24.
22. Суслов, А.Г. Разработка процесса формообразования ребер теплообменников методом пластического оттеснения/ А.Г.Суслов, Р.В.Гуров // - Научные труды международной конференции Нетрадиционные методы обработки 25-27 сентября 2002, г. Воронеж. - Воронеж, 2002. - С.82.
23. Гуров, Р.В. Разработка метода формообразования ребер теплообменников пластическим оттеснением.//Обработка металлов, - 2002. - № 3. - С.24.
24. Суслов, А.Г. Инструментальное обеспечение качества поверхностного слоя и эксплутационных свойств деталей машин/ Суслов, А.Г., Хандожко А.В., Гуров Р.В.// Известия Тульского государственного университета. Сер. Машиностроение. Вып.2. Труды международной научнотехнической конференции Инструментальные системы - прошлое, настоящее, будущее 1-3 октября 2003. - Тула, 2003. - С. 378.
25. Гуров Р.В., Новый метод изготовления теплообменников в условиях единичного и мелкосерийного производства // Материалы международной научно-технической конференции Фундаментальные и прикладные проблемы технологии машиностроения - Технология - 2003, г.Орел. - Орел, 2003. - С.115.
26. Гуров, Р.В. Новый метод изготовления теплообменников для условий мелкосерийного и единичного производства// Вестник БГТУ. - 2004.
Ц №4 - С. 67.
27. Гуров, Р.В. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием.// Материалы 6-й международной научнотехнической конференции Проблемы качества машин и их конкурентоспособности, 22-23 мая 2008 г. - Брянск, 2008 г. - С.293.
28. Гуров, Р.В. Моделирование процессов в очаге деформации при ОУО ППД//Труды 4-й международной научно-технической конференции Автоматизация и энергосбережение машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования, 24-26 ноября 2008 г., Т.1. - Вологда, 2008 г. - С.122.
29. Гуров, Р.В. Моделирование процессов в очаге деформации при отделочных режимах ОУО ППД.// Международная научно-практическая конференция Наука и производство - 2009, 19-20 марта 2009 г., Ч.2.Ц Брянск, 2009 г. - С.27.
30. Гуров, Р.В. Особенности взаимодействия инструмента и обрабатываемой поверхности при центробежно-ударной ОУО ППД.// II-я международная научно-практическая конференция Инновации, качество и сервис в технике и технологиях, 19-21 мая 2011, г. Курск - Курск, 2011. - С.120.
31. Гуров, Р.В. Проектирование операций отделочно-упрочняющей обработки поверхностно-пластическим деформированием ударными методами.// 3-я международная научно-техническая конференция Модернизация машиностроительного комплекса России на научных основах технологии машиностроения (ТМ-2011), 19-20 мая 2011, г.Брянск, 2011 г. - Брянск, 2011. - С.112.
32. Гуров, Р.В. Определение условий отделочно-упрочняющей обработки поверхностно-пластическим деформированием статическими методами.// Известия Юго-западного государственного университета. Серия Техника и технологии. - 2012. - № 2. - С.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям