Разработка и исследование упрочняющей стабилизирующей технологии обработки маложестких деталей типа торсионных валов

• Автор: Журавлев, Михаил Михайлович
• Шифр специальности: 05.02.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 135 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Обзор и анализ опубликованных работ по технологии упрочнения

ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

1.2. Объект исследования

1.3. Задачи исследования

1.4. Выводы к главе

ГЛАВА 2. ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА ЛАЗЕРНОГО УПРОЧНЕНИЯ МАЛОЖЕСТКИХ ДЕТАЛЕЙ
2.1. Исходные данные, принятые допущения
2.2. Распределение температуры внутри температурного поля.
2.3. Распределение температуры за пределами зоны нагрева..
2.4. Наложения тепловых полей
2.5. Определение циклической прочности торсионных валов при лазерной закалке
2.6. Разработка технологии лазерного упрочнения и отпуска.
2.7. Выводы к главе
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Методика изготовления экспериментальных образцов
3.2. Методика проведения эксперимента по лазерному упрочнению торсионных валов
3.3. Методика проведения металлографического анализа

3.4. Методика проведения планового многофакторного эксперимента .
3.5. Выводы к главе
ГЛАВА 4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА
4.1. Определение характера распределения микротвердости по глубине .
4.2. Статистическая обработка результатов эксперимента
4.3. Проверка, адекватности математических моделей
4.4. Определение рациональных режимов лазерной обработки..
4.5. Выводы к главе
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
5.1. Определение режима работы цеха и типа производства
5.2. Расчет экономической эффективности сравнительным методом
5.3. Технологические рекомендации
5.4. Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение I: Журнал планирования эксперимента
Приложение II: Акт внедрения результатов диссертации
Приложение III: Чертеж объекта исследования

ОПРЕДЕЛЕНИЯ
1. Торсионные валы (нежесткие, гибкие) (torsion, non-rigid, flexible shafts) - валы, собственная податливость которых значительно превышает податливость технологической системы. Отношение длины к диаметру таких валов более 12 [77].
2. Прочность (robustness) - свойство материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих под действием внешних сил [77].
3. Твердость (hardness) - свойство материала сопротивляться внедрению в него другого более твердого тела - индентора [77].
4. Индентор (indenter) - изготовленный из алмаза, твердого сплава или закаленной стали наконечник прибора, используемого для измерения твердости. Иногда инденторами называют сами приборы для измерения твердости [77].
5. Скин-эффект (skin-effect) - эффект уменьшения амплитуды электромагнитных волн по мере их проникновения вглубь проводящей среды. В результате этого эффекта, например, переменный ток высокой частоты при протекании по проводнику распределяется не равномерно по сечению, а преимущественно в поверхностном слое [77].
6. Критическая скорость охлаждения (critical cooling rate) - минимальная постоянная скорость охлаждения для предотвращения нежелательной деформации. Для сталей - это минимальная скорость, при которой аустенит может быть охлажден от температуры выше критической без превращений до температуры начала мартенситного превращения [77].
7. Сверхкритической скорость охлаждения (supercritical cooling rate) -скорость охлаждения, предотвращающая распад аустенита, для разных сталей различна и определяется их химическим составом. В частности, для сталей мартенситного класса (например, 40X13) данная скорость обеспечивается обычным охлаждением на воздухе. Для других же сталей сверхкритическая

беструйной технологии запас циклической прочности при скручивании и который не приведет к искривлению детали и ухудшению качества поверхности.
Таблица 1.
Характеристика, единица измерения Значение
Число оборотов турбины, об/мин 2
Мощность эл. двигателя турбины, кВт 5,
Число оборотов валиков поворота детали, об/мин
Скорость дроби на выходе с лопаток турбины, м/с
Время обработки детали, с
Проанализировав все известные на сегодняшний момент виды упрочнения деталей машин, автором был выбран за основу метод поверхностного упрочнения лазерным воздействием. Лазер выбран твердотельный, активное вещество - алюмоиттриевый гранат. Длина волны подобных лазеров составляет 1,064 мкм, что обеспечивает высокий КПД обработки сталей. Упрочнение деталей машин лазерным излучением без оплавления позволяет повысить предел выносливости поверхностного слоя, не снижая при этом его качество, тем самым повышая запас циклической прочности. Известно, что при лазерном упрочнении образуется зона термического влияния, (Рис. 1.4), состоящая из 2х слоев: зоны упрочнения и переходной зоны. Зона упрочнения (белая зона) представляет собой мелкодисперсный мартенсит с низким содержанием остаточного аустенита. Малый размер зерен мартенсита положительно сказывается на сопротивление усталости материала за счет оказания препятствия движению дислокаций. После лазерной закалки образуются напряжения сжатия, за счет высокоскоростного охлаждения.
Рис. 1.4. Зона термического влияния: 1 - зона упрочнения; 2 - зона отпуска; 3 - основной объем детали; О - диаметр обрабатываемой поверхности; г - глубина зоны термического влияния