Повышение геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя при финишной ультразвуковой обработке

• Автор: Боровин, Юрий Михайлович
• Шифр специальности: 05.03.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

1. Стояние вопроса. Цель работы и задачи исследования
1.1 Анализ основных параметров процесса УЗО поверхностного слоя детали
1.2 Анализ моделей деформационного взаимодействия инструмента с обрабатываемой заготовкой при УЗО
1.3 Технологическое обеспечение поверхностным пластическим деформированием требуемой точности обработки, шероховатости и волнистости
1.4 Выводы и постановка задачи исследования
2. Теоретические исследования качества поверхностного слоя деталей, получаемого в результате УЗО
2.1 Расчет стойкости инструмента при УЗО
2.2 Расчет частот механических колебаний при УЗО
2.3 Математическая модель, устанавливающая связь входных параметров УЗО с выходным параметром шероховатости обработанной поверхности
3. Методика проведения экспериментальных исследований и экспериментальное оборудование
3.1 Технологическое оборудование, рабочие приспособления, исследуемые образцы
3.2 Система измерения параметров шероховатости поверхности на базе профилометра Hommel Tester Т500
3.3 Методика и программный модуль портирования топографии поверхности в среду ANSYS (LS-DAYNA)
3.4 Методика проведения экспериментальных исследований

3.4.1 Методика проведения экспериментальных исследований влияния режимов УЗО на геометрические и физико-механические
характеристики поверхности детали
3.4.2 Расчетно-экспериментальная методика оценки остаточных напряжений после УЗО с учетом реальной шероховатости поверхности
4. Экспериментальные исследования влияния технологических
режимов УЗО на геометрические и физико-механические
характеристики поверхностного слоя детали
4.1 Исследование влияния технологических режимов УЗО на
параметры шероховатости обработанных поверхностей
4.2. Исследование влияния технологических режимов УЗО на
параметры волнистости обработанных поверхностей
4.3 Исследование влияния технологических режимов УЗО на
изменение номинального диаметра детали
4.4 Исследование влияния технологических режимов УЗО на
микротвердость поверхностного слоя детали
4.5 Идентификация величины и интенсивности остаточных
напряжений в поверхностном слое детали после УЗО расчетноэкспериментальным методом
4.6. Практические рекомендации по повышению качества рабочих поверхностей штока амортизатора кабины автомобиля ЗИЛ 4331 за
счет оптимизации режимов УЗО
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Сертификат об утверждении типа средств измерения
Приложение 2. Акт внедрения
Приложение 3. Описание интерфейса программного модуля
портирования
Приложение 4. Акт внедрения

Одной из важнейших задач современного машиностроения является повышение качества и конкурентоспособности выпускаемых изделий. Эксплуатационные характеристики изделий, такие, как надежность, долговечность, износостойкость, контактная жесткость и т.д., в значительной мере определяются комплексом геометрических и физико-механических характеристик качества поверхностного слоя изделий. Данные показатели качества закладываются на стадии проектирования, обеспечиваются при производстве и поддерживаются на всем жизненом этапе эксплуатации изделия. Качество изделий, и прежде всего микрогеометрия и физикомеханические свойства их поверхностей, в значительной мере обеспечиваются, как правило, на завершающих стадиях технологического процесса.
Для формирования вышеуказанных характеристик качества поверхностного слоя деталей в последнее время широко применяют различные методы отделочно-упрочняющей обработки (ОУО), связанные с поверхностным пластическим деформированием (ППД). При этом предпочтение отдается эффективным и производительным методам, одним из которых является ультразвуковая отделочно-упрочняющая финишная обработка (УЗО). Данная технология применяется при обработке валов, отверстий, плоскостей, а также фасонных поверхностей большой номенклатуры различных деталей, к качеству которых предъявляют высокие требования.
Исследованиям в области разработки технологии ультразвуковой упрочняющей обработки различных материалов и ее внедрения в различные области машиностроения посвящены работы таких российских исследователей, как Смелянского В.М., Маркова А.И., Кудрявцева И.В., Северденко В.П., Клубовича В.В., Степаненко A.B., Розенберга Л.Д., Казанцева В.Ф., Макарова JI.O., Муханова А.И., Ана Г.Д., Голубева Ю.М.,

где параметр А", — частный показатель, учитывающий возможное
взаимодействие входных технологических параметров и действие случайных (внешних) факторов.
Используя принцип суперпозиций, т.е. Яг/ем* =/ (Ягисх), Я2, вых ~ / (Р) И т.д., общее уравнение, описывающее влияние факторов, входящих в (2.24), может быть представлено следующим дифференциальным уравнением в частных производных:
аягвых = дК2п^-ая2исх + дЕ2вых <ю + дК2вых агст + ^^ау + ^^ал. (2.25) вых дЯгисх исх дВ 5Рст ст дУ дА
Поскольку в уравнение (2.25) входит пять переменных, то нахождение частных решений представляет определенные трудности. Поэтому для формализации уравнения (2.25) необходимо выявить доминирующие факторы, а остальные учесть параметром АТ,.
На основе проведенных предварительных экспериментальных исследований по влиянию параметров, входящих в исходное уравнение (2.25), нами было установлено, что наибольшее влияние на Я2 вых оказывают диаметр индентора £> и меньшее - исходная шероховатость обрабатываемой поверхности Р исх (рис. 2.6), и эта связь не носит линейный характер. Влияние других параметров Яст, V, А (в диапазоне принятых в настоящее время режимов обработки) характеризуется, как правило, линейной зависимостью (рис. 2.7). Удельный вес (влияние) V, А на Я2вьа
значительно меньше, чем £> и Я2 исх. Некоторая, на первый взгляд, противоречивость в характере изменения кривых 1 и 2 (рис. 2.7) объясняется тем, что при ППД адгезионное и кагезионное (деформационное) сопротивления, происходящие в поверхностных и предповерхностных слоях, могут складываться и вычитаться. Причем обе эти составляющие (адгезионная, кагезионная) могут зависеть друг от друга, так как процесс упруго-пластического деформирования, с одной стороны, осуществляется за сотые доли секунды, а с другой - происходит образование вторичных