Методология моделирования и исследование тепловых взаимодействий объектов, контактирующих при механической обработке в ультразвуковом поле

• Автор: Ковальногов, Владислав Николаевич
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 330 с. : 26 ил.

Содержание

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

Введение
Глава 1. Проблема научного и технологического обеспечения эффективности механической обработки заготовок, выполняемой в условиях тепловых ограничений. Объект, цель и задачи исследований
1.1. «Тепловой барьер» как главный фактор, лимитирующий производительность механической обработки
1.2. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя заготовки при механической обработке, выполняемой в условиях тепловых ограничений
1.2.1. Качество поверхностного слоя деталей машин и его формирование при механической обработке
1.2.2. Особенности формирования качества поверхностного слоя заготовки, теплонагруженного при механической обработке
1.2.3. Перспективные направления технологического обеспечения качества поверхностного слоя при механической обработке заготовок
1.3. Роль СОЖ в современном технологическом обеспечении качества и производительности механической обработки

1.3.1. Физические явления в зонах резания с применением СОЖ

1.3.2. Тепловые ограничения, возникающие в связи с ресурсосберегающим применением СОЖ
1.4. Применение ультразвуковых полей для повышения эффективности механической обработки
1.4.1. Основные направления применения ультразвуковых полей при механической обработке
1.4.2. Технологические возможности и перспективы применения модулированных ультразвуковых полей
1.5. Проблема прогнозирования теплового взаимодействия в системе контактирующих при механической обработке объектов
1.6. Выводы. Объект, цель и задачи исследований
Глава 2. Методология моделирования теплосилового взаимодействия объектов, контактирующих при механической обработке с
ПРИМЕНЕНИЕМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ПОЛЕЙ

2.1. Принципы моделирования и базовая математическая модель теплосилового взаимодействия заготовки и инструмента при механической обработке
2.2. Адаптация базовой модели применительно к характерным технологическим операциям механической обработки, выполняемым в условиях тепловых ограничений
2.2.1. Глубокое сверление маломерных отверстий и внутреннее резьбонарезание
2.2.2. Поверхностное пластическое деформирование (на примере алмазного выглаживания)
2.2.3. Шлифование (на примерах схем круглого наружного, торцекруглого и плоского торцового шлифования)
2.2.4. Тепло физические особенности высокоскоростного резания
2.3. Уточнения базовой модели, учитывающие влияние технологических методов и приемов воздействия ультразвуковыми полями на теплосиловую напряженность в зоне обработки
2.3.1. Силовая напряженность механической обработки с ультразвуковой активацией элементов технологической системы и СОЖ
2.3.2. Теплоотдача к СОЖ при использовании ультразвуковой техники ее подачи в зону обработки
2.3.3. Гидродинамика СОЖ в капиллярно-пористом пространстве зон механической обработки при использовании ультразвука для интенсификации ее движения
2.4. Адекватность предложенных моделей и расчетных методик
2.5. Выводы
Глава 3. Численное моделирование и исследование теплового
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОНТАКТИРУЮЩИХ ОБЪЕКТОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ НА ЗАГОТОВКУ, ИНСТРУМЕНТ И СОЖ
3.1. Базовая методика численного исследования
3.2. Шлифование с применением ультразвуковой техники подачи СОЖ
3.3. Шлифование с ультразвуковой непрерывной правкой абразивного круга алмазным роликом
3.4. Глубокое сверление с ультразвуковой активацией СОЖ и элементов технологической системы
3.5. Эффективность защиты поверхностного слоя от термомеханических воздействий при механической обработке с применением СОЖ в ограниченном количестве

3.5.1. Определение минимального расхода СОЖ, достаточного для защиты поверхностного слоя от термомеханических воздействий
3.5.2. Исследование условий и возможностей замены СОЖ ионизированным воздухом и аэрозолями
3.6. Выводы
Глава 4. Теоретические основы технологического обеспечения качества ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ДЕТАЛЕЙ МАШИН В УСЛОВИЯХ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ ЗАГОТОВОК В УЛЬТРАЗВУКОВОМ ПОЛЕ
4.1. Физическая модель формирования теплонагруженных поверхностных слоев заготовок при механической обработке. Расчет толщин характерных субслоев
4.2. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния зоны механической обработки в условиях тепловой нагрузки
4.3. Математическое моделирование технологических остаточных напряжений в теплонагруженном поверхностном слое с учетом структурно-фазовых изменений и технологического наследования
4.4. Математическое моделирование глубины и степени упрочнения теплонагруженного поверхностного слоя с учетом технологического наследования
4.5. Математическое моделирование термических деформаций заготовок и точности механической обработки
4.6. Адекватность предложенных моделей и расчетных методик
4.7. Выводы
Глава 5. Теоретико-экспериментальные исследования закономерностей ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО НАСЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТНОГО слоя при механической обработке ЗАГОТОВОК В УЛЬТРАЗВУКОВОМ ПОЛЕ
5.1. Схемы технологического наследования свойств поверхностного слоя заготовки при механической обработке
5.2. Ультразвуковая релаксация и поверхностное пластическое деформирование как «барьеры» для технологического наследования растягивающих остаточных напряжений, сформированных в поверхностном слое шлифованной заготовки
5.2.1. Шлифование с последующей ультразвуковой релаксацией остаточных напряжений
5.2.2. Шлифование с последующим алмазным выглаживанием, в том числе ультразвуковым

1.4. Характеристика параметров состояния ПС с позиций технологической управляемости, метрологической обеспеченности и возможности аналитического прогнозирования (по данным [158, 164])
Параметр состояния ПС Характеристика Параметр состояния ПС Характеристика
Технологическая управляемость Метрологическая обеспеченность Возможность прогнозирования Технологическая управляемость Метрологическая обеспеченность Возможность прогнозирования
i/max + + + Sn - - +
Нр - - + Ra’
Wz + + + Sm’
Wp + + + 0)ст + + +
Smw + + + К + + +
Ra + + + + + +
Rz + + + hH + - +
Rmax + + + є
Rp + + + Із
Tp - + + Р d
Sm + + +
Обозначения: + или - означает соответственно наличие или отсутствие данной характеристики у параметра состояния ПС. Расшифровку обозначений параметров см. в табл. 1.3
Технологическими остаточными напряжениями называют механические напряжения, существующие в ПС детали машины при отсутствии внешних силовых, тепловых и других воздействий и являющиеся результатом неравномерного пластического деформирования ПС в технологическом процессе изготовления детали. В зависимости от знака различают сжимающие (отрицательные) и растягивающие (положительные) остаточные напряжения. Как следует из табл. 1.3, технологические остаточные напряжения часто оказывают определяющее влияние на эксплуатационные свойства деталей машин, прежде всего на усталостную прочность, износостойкость, контактную жесткость, коррозионную стойкость, а также на точность их размеров и формы.
Наиболее распространен дш измерения технологических остаточных напряжений метод Н.Н. Давиденкова - И.А. Биргера [138]. В соответствии с