Формирование поверхностного слоя на деталях из серого чугуна обработкой на основе ультразвукового пластического деформирования и плазменного нагрева

• Автор: Никитин, Юрий Вадимович
• Шифр специальности: 05.03.01, 05.02.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 259 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ,

ГЛАВА 1. Состояние вопроса поверхностного упрочнения деталей из

серого чугуна высокоэнергетическими источниками

1.1. Технологические методы обеспечения качества поверхностного

слоя деталей из серого чугуна.

1.1.1. Термические методы

1.1.2. Деформационные методы.

1Л.З. Комбинированные методы .

1.2. Роль математического моделирования в управлении процессами обработки.

1.2.1. Моделирование тепловых процессов при термической обработке .

1.2.2. Моделирование деформационного воздействия и поведения материала при ППД
1.2.3. Моделирование напряженнодеформированного состояния поверхностного слоя при тепловом и деформационном воздействиях .
1.3. Цель и задачи исследования.
ГЛАВА 2. Оборудование и методики экспериментальных исследований .
2.1. Разработка экспериментального стенда для комбинированной уп
рочняющеотделочной обработки.
2.1.1. Обоснование выбора источников нагрева и деформирования.
2.1.1.1. Выбор теплового источника.
2.1.1.2. Выбор деформационного источника.
2.1.2. Общая компоновка и принципы построения стенда.
2.1.2.1. Разработка систем контроля и управления.
2.1.2.2. Разработка конструкции блоков и их техническая характеристика
2.2. Методики проведения экспериментальных исследований.
2.2.1. Выбор материала для исследования.
2.2.2. Математическое планирование экспериментальных исследований
2.2.3. Оценка характеристик качества поверхностного слоя
2.2.3.1. Определение микротвердости.
2.2.3.2. Определение параметров шероховатости поверхности .
2.2.3.3. Определение толщины поверхностного слоя
2.2.4. Оптическая микроскопия
Выводы.
ГЛАВА 3. Теоретическое исследование процессов взаимодействия концентрированных источников с поверхностным слоем серого чугуна
3.1. Моделирование высокоскоростного нарева серого чугуна движущимся поверхностным источником.
3.1.1. Постановка задачи высокоскоростного поверхностного нагрева
3.1.2. Теоретическое исследование процессов формирования поверхностного слоя.
3.1.2.1. Влияние параметров источника на характеристики температурного поля.
3.1.2.2. Управление формой термоциклов
3.1.2.3. Установление расчетной области тепловой задачи
3.2. Моделирование процесса деформирования материала ультразвуковым инструментом по схеме У
3.2.1. Постановка задачи процесса деформационного воздействия ультразвуковым инструментом.
3.2.2. Теоретическое исследование состояния поверхностного слоя
в процессе ультразвукового пластического деформирования .
3.2.2.1. Влияние параметров источника на характеристики деформационного поля.
3.2.2.2. Установление расчетной области деформационной модели.
3.2.3. Формирование микрогеомстрии поверхности
3.3. Моделирование процессов формирования напряженнодеформированного состояния при комбинированном воздействии.
3.3.1. Постановка задачи напряженнодеформированного состояния поверхностного слоя в условиях комбинированного воздействия .
3.3.1.1.Постановка задачи напряженнодеформированного состояния материала при поверхностном нагреве
3.3.1.2. Постановка задачи напряженнодеформированного со
стояния поверхностного слоя при У.
3.3.1.3. Оценка напряженнодеформированного состояния при
комбинированном воздействии.
3.3.2. Исследование зависимости остаточных напряжений и деформаций от режимов комбинированного воздействия
Выводы
ГЛАВА 4. Технологическое обеспечение комплекса характеристик качества поверхностного слоя в комбинированной обработке серого
чугуна.
4.1. Исследование характеристик поверхностного слоя при плазменном термоупрочнении.
4.1.1. Влияние эффективной мощности и скорости перемещения
на геометрические характеристики поверхностного слоя
4.1.2. Структурные изменения в поверхностном слое.
4.1.3. Взаимосвязь режимов упрочнения с распределением микротвердости .
4.2. Обеспечение характеристик качества поверхностного слоя при ультразвуковом пластическом деформировании.
4.2.1. Влияние режимов УЗО на глубину распространения пластической деформации.
4.2.2. Формирование шероховатости поверхности в процессе УЗО.
4.2.3. Исследование структуры поверхностного слоя.
4.3. Формирование комплекса характеристик поверхностного слоя
при комбинированной обработке
4.3.1. Особенности изменений в поверхностном слое серого чугуна при комбинированной обработке.
4.3.2. Роль ультразвукового деформирования в процессе формирования структуры поверхностного слоя
4.3.3. Оптимизация режимов комбинированной обработки
4.4. Эксплуатационные свойства серого чугуна после комбинированной обработки.
Выводы.
ГЛАВА 5. Формирование поверхностных слоев с заданным комплексом
характеристик при комбинированной обработке.
Выводы.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Бо оо источник считается действующим длительное время, а процесс теплообмена под его влиянием можно считать установившимся. СТ зависимость коэффициента удельной теплоемкости от температуры ХтТ зависимость коэффициента теплопроводности от температуры О удельное количество теплоты, выделяемое источником нагрева у плотность обрабатываемого материала. Аналитическое решение уравнения 1. СТ и ХтТ, задаваемых упрошенными зависимостями. Для учета реальных условий нагрева поверхности источниками, когда изменение теплофизических свойств носит сложный нелинейный характер, решение уравнения 1. Среди численных методов наиболее часто для решения задач теплопроводности применяются методы конечных разностей и конечных элементов. При решении тепловых задач численными методами не вызывает затруднений учет нелинейности дифференциального уравнения теплопроводности 1. В тоже время эти методы требуют больших затрат времени и объема оперативной памяти ЭВМ. Поэтому при использовании численных методов целесообразно решать вопросы рациональной организации вычислительного процесса, его оптимизации по точности и производительности. В рассмотренных выше работах вопросы рациональной организации вычислительного процесса представлены недостаточно и требуют дальнейшей проработки. Формирование поверхностного слоя в процессе ППД происходит в результате пластического течения металла в зоне контакта инструмента с деталью. В зависимости от того, как происходит этот контакт, методы ППД подразделяются на статические и ударные в соответствии с ГОСТ 6. К статическим относятся методы, реализующие взаимодействие инструментов с обрабатываемым материалом по схемам качения и скольжения, в которых инструмент воздействует на поверхность с определенной постоянной силой Р рис. Величина силы такова, что поверхность детали пластически деформируется. В этом случае пластическая деформация распространяется на некоторую глубину Ь8, образуя очаг деформации ОД. По мере перемещения инструмента ОД последовательно проходит всю поверхность, подлежащую обработке, формируя слой с измененными свойствами. К статическим методам относятся различные виды накатывания и выглаживания. Ударные методы основаны на многократном нанесении близкорасположенных пластических отпечатков но всей обрабатываемой поверхности. Рис. Шероховатость поверхности формируется в результате перекрытия отдельных отпечатков. Очаги деформации, создаваемые единичными ударами накладываются друг на друга и создают вдоль обрабатываемой поверхности область пластической деформации глубиной Ь. Можно выделить локальное ударное ППД например, чеканка, когда удары наносятся одним инструментом, и объемное ударное ППД дробеструйная обработка, когда удары наносятся множеством рабочих тел. Объединяющим элементом всех методов ППД является то, что изменение исходного состояния элементарной частицы металла поверхностного слоя происходит при ее прохождении через очаг деформации. Поэтому свойства поверхностного слоя при ППД определяются параметрами ОД его геометрическими характеристиками и значениями действующих в нем напряжений. Экспериментальное изучение статических методов ППД позволило классифицировать возникающие при них ОД по четырем видам рис. Очаг деформации первого вида возникает при внедрении инструмента в заготовку на глубину меньше, чем расстояние от линии выступов профиля шероховатости до средней линии, при этом обеспечивается лишь частичное сглаживание неровностей поверхности, за счет пластического осаживания выступов и подъема впадин. Увеличение внедрения инструмента за счет повышения силового режима приводит к образованию ОД второго вида, особенность которого возникновение перед инструментом пластической волны, высота которой не превосходит линии выступов. Дальнейшее повышение силового режима приводит к росту волны и образованию ОД третьего вида, в котором волна пластического течения возвышается над линией выступов. ОД четвертого вида возникает при таком значении усилия, когда волна становится чрезмерно большой и начинает разрушаться. В установлено, что оптимальные режимы упрочнения всегда сопровождаются образованием ОД третьего вида.