Виброударное упрочнение крупногабаритных деталей в близкорезонансном режиме

• Автор: Мерчалов, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРАКТИКИ ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ДЕТАЛЕЙ. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Методы и области применения упрочняющих технологий
1.2. Технологические возможности виброударного упрочнения
1.3. Динамические схемы, режимы работы и
конструкции виброупрочняющих станков
1.4. Анализ зарубежных технологий и оборудования для упрочнения крупногабаритных деталей
1.5. Постановка цели и задач исследований
2. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕЗОНАНСА В ПРОЦЕССАХ ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Особенности применения близко резонансных режимов
при виброударном упрочнении
2.2. Методика теоретических исследований
2.3. Методика экспериментальных исследований
2.4. Экспериментальное оборудование, приспособления, инструментальные среды
2.5. Аппаратурное обеспечение исследований
3. ТЕОРЕТИЧЕКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПРОЦЕССА ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ В БЛИЗКО РЕЗОНАНСНЫХ РЕЖИМАХ
3.1. Разработка физической, динамической и математической модели технологической системы с упругим креплением детали
3.2. Скорость виброударных перемещений частиц инструментальной среды
3.3. Скорость циркуляционных перемещений и траектория движения частиц инструментальной среды
3.4. Продолжительность, угол, фаза и скорость периодических соударений поверхности детали с частицами инструментальной среды

3.5. Энергетические параметры периодических соударений
детали с вибрирующей инструментальной средой
Выводы по 3-й главе
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ УПРУГОМ КРЕПЛЕНИИ ДЕТАЛИ В КОНТЕЙНЕРЕ
4.1. Физическая модель и параметры моделирования формирования поверхностного слоя при упругом креплении детали
4.2. Определение съема металла с поверхностного слоя
4.3. Формирование микронеровностей поверхностного слоя
4.4. Формирование сжимающих остаточных напряжений
в поверхностном слое детали
4.5. Степень и глубина наклепа поверхностного слоя детали..
Выводы по 4-й главе
5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ, ВИБРАЦИОННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОСНОВАНИЕ,
ПОТРЕБЛЯЕМОЙ МОЩНОСТИ. РАСЧЕТ РЕЖИМОВ
5.1. Исследование жесткости и диссипации пневмоупругих элементов, амплитудо-частотных свойств технологической системы
5.2. Вибрационное воздействие на основание
5.3. Динамическая стабильность близко резонансных режимов обработки с упругим креплением детали
5.4. Потребляемая мощность привода вибратора
5.5. Экспериментальное исследование формирования шероховатости при упругом креплении детали
5.6. Расчет режимов виброударного упрочнения и параметров вибростанка резонансного типа с упругим креплением детали
5.7. Компоновка виброустановки резонансного типа
ВУД-2500-Р с упругим креплением детали
Выводы по 5-й главе
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. При виброударном упрочнении крупногабаритной детали используются зарезонансные режимы работы виброупрочняющих станков, с жестким креплением ее в контейнере, с вращением или с переустановкой. Виброударное упрочнение позволяет для деталей, например из стали ЗОХГСНА, обеспечить формирование сжимающих остаточных напряжений 320-560 МПа, - наклеп 12-15 %, - снижение исходной шероховатости в два - три раза. В результате виброударное упрочнение повышает усталостную прочность до 12-15 % и усталостную долговечность - до 20-30 %.
В зарезонансном режиме, при жестком креплением детали в контейнере, на 100 кг массы детали приходится около 1000 кг и более массы подвижной системы контейнера. Поэтому необходимы большие мощности вибратора. Например, на ВУД-2500 для получения амплитуды колебаний 0,5 см, установлен электродвигатель 75 кВт. Зарезонансные режимы затрудняют управление режимами обработки, в этой связи возникают значительные погрешности упрочнения. Обработка с вращением детали в контейнере связана с конструктивной сложностью и низким ресурсом оснастки.
Известны многочисленные примеры полезного применения резонанса, в том числе в механических системах (вибрационные конвейеры, грохоты и др.). Повышение производительности и снижение энергетических затрат вибрационных машин основано на применении резонанса, в котором упругие и инерционные силы взаимно уравновешиваются, а энергия вибратора расходуется на преодоление диссипативных сил. Резонансные режимы обладают меньшими затратами мощности, позволяют управлять режимами в процессе обработки, но обладают низкой динамической устойчивостью в связи с высокой чувствительностью к изменению технологической нагрузки и параметров системы, оказывают большое вибрационное воздействие на основание.
В настоящей диссертации для устранения этих недостатков предлагается подвижную систему детали с установленным на ней вибратором упруго крепить к контейнеру с близко резонансной настройкой, а контейнер крепить

Применяется четыре уровня поджатия пневмоупругих элементов. Первый уровень - высота верхнего упругого элемента Ьв = 95 мм, нижнего Ьн = 85 мм; второй - Ив= 78 мм и Ин= 67 мм; третий —Ьв= 83 мм и Ин= 78 мм; четвертый — Ьв= 65 мм и 11н= 60 мм. На каждом уровне поджатия давление воздуха в пневмоупругих элементах изменяется от 0,05 до 0,4 МПа.
Для определения амплитудо-фазо-частотных характеристик экспериментальной установки ВУРТ-ЗМ выполнялись следующие эксперименты. Измерение жесткости упругих элементов подвижной системы детали, как отношение силы к его перемещению; жесткости упругих элементов подвижной системы контейнера, как отношение силы к ее перемещению. Измерение амплитуды виброперемещения и виброускорения подвижной системы детали, контейнера и основания без среды и с вибрирующей инструментальной средой в контейнере. Исследовалась устойчивость близко резонансного режима колебаний подвижной системы детали при монотонном увеличении и уменьшении массы инструментальной среды. Измерялось вибрационное воздействие на основание и потребляемая мощность вибратора.
2.4. Экспериментальное оборудование, приспособления, инструментальные среды
Экспериментальные исследования проводились на экспериментальной виброустановке ВУРТ-ЗМ, построенной по трех массной динамической схеме (рис. 2.2). Настройка виброустановки осуществляется ступенчатым под-жатием винтами пневмоупругих элементов 5 типа ИТ-15, за счет поджимающей системы 4 и последующем плавном изменении давления воздуха внутри них, посредством пневмосистемы 6.
Подвижная система детали с вибратором Ш2 имеет массу 15,25 кг; подвижная система контейнера Ш] имеет массу 24,3 кг. Номинальная масса инструментальной среды -то = 30 кг.