Учебное пособие 800138

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

Кафедра «Ракетные двигатели»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению практических работ по дисциплинам «Технология производства авиационных и ракетных двигателей» и «Технология изготовления деталей и сборка жидкостных ракетных двигателей» для студентов специальности 160700.65, 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» очной формы обучения

Воронеж 2015

Составители: канд. техн. наук Н.Д. Беслик

д-р техн. наук, проф. Ю.Р. Копылов лаб.-исслед. А.А. Пригожин

УДК 621.9.04

Методические указания к выполнению практических работ по дисциплинам «Технология изготовления деталей и сборка жидкостных ракетных двигателей» и «Технология изготовления деталей и сборка жидкостных ракетных двигателей» специальности 160700.65, 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» очной формы обучения / ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет"; сост. Н.Д. Беслик, Ю.Р. Копылов, А.А. Пригожин. Воронеж, 2015. 33 с.

В методических указаниях рассматривается анализ влияния на параметры шероховатости и волнистости лезвийной, абразивной и упрочняющей обработки поверхностным пластическим деформированием, а также на формирование наклепа, технологических растягивающих и сжимающих остаточных напряжений первого рода.

Библиогр.: 11 назв. Ил. 12.

Рецензент: д-р техн. наук, проф. Г.А. Сухочев Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук

проф. B.C. Рачук

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета.

© ФГБОУ ВПО "Воронежский государственный технический университет", 2015

ВВЕДЕНИЕ

Изменение усталостной прочности от высотного параметра шероховатости зависит от вида обработки. Наименьшее снижение усталостной прочности происходит при полировании, когда Ra=2-3 мкм. При черновом точение и фрезеровании (Ra=50-10 мкм) снижение усталостной прочности наиболее значительное. Влияние шероховатости на усталость металла оценивается с помощью коэффициента концентрации напряжений. При механической обработке коэффициент концентрации равен 1,5–2,5, при шлифовании 1,25 мкм коэффициенты концентрации соответственно равен 1,2–1,6. Усталостная прочность зависит не только от высоты неровностей, но и от радиусов выступов и впадин, угла наклона профиля и шага микронеровностей.

Влияние наклепа на усталость имеет сложный характер [2]. Доля влияния поверхностного наклепа в повышении усталости при изгибе с вращением после механического упрочнения гладких стальных образцов, при большом запасе прочности (более двух), составляет 65–75 %, доля влияния сжимающих остаточных напряжений составляет 35–25 %. Поверхностный наклеп повышает выносливость аустенитных сталей при температуре нагрева 600–750 °С на 11–33 % [44] и зависит от базы испытания. Изменение сопротивления усталости при поверхностном наклепе обусловливается также остаточными напряжениями. Влияние каждого из этих факторов обусловливается степенью и градиентом наклепа, остаточными напряжениями, температурой испытаний и другими факторами. Для каждого металла и температуры испытания существует определенная степень наклепа, которая обеспечивает в определенных условиях максимальную прочность его при циклическом нагружении.

Всвязи с изложенным очевидна актуальность изучения

ианализа влияния лезвийной, абразивной и упрочняющей обработки на параметры шероховатости и наклепа.

Остаточные макронапряжения влияют на сопротивление упругой и пластической деформации, на сопротивление разрушению. Зарождение очага разрушения начинается в субмикроскопических объемах и зависит не только от механических свойств материала и внешних нагрузок, но и от вида и величины технологических напряжений, состояния поверхностей, действия коррозионной среды, микроструктурных дефектов, масштабного фактора и других факторов. Технологические остаточные напряжения по физической сущности не отличаются от эксплуатационных напряжений.

В области упругих напряжений, при их величине ниже предела текучести, составляющие технологических и эксплуатационных напряжений складываются алгебраически, в соответствии с принципом алгебраической суперпозиции. При напряжениях ниже предела текучести – деформации, вызванные действием внешней нагрузки, не зависят от остаточных технологических напряжений. В условиях циклического силового воздействия, если результирующее напряжение от совместного воздействия технологических и эксплуатационных остаточных напряжений не превышают предела упругости, то они алгебраически суммируются, снижают запас прочности в упругой области деформаций материала.

Если при упругопластической деформации исключается возможность перераспределения пластического течения из-за конструкторских концентраторов в виде галтелей, отверстий и др., и из-за технологических концентраторов в виде прижёгов, наклепа и др., то в этих условиях взаимодействие технологических остаточных и эксплуатационных остаточных напряжений будет снижать реальный запас прочности материала, способствовать возникновению и развитию усталостных трещин и разрушению изделия.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1 «ВЛИЯНИЕ ЛЕЗВИЙНОЙ, АБРАЗИВНОЙ И УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ НА ПАРАМЕТРЫ ШЕРОХОВАТОСТИ И ВОЛНИСТОСТИ»

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПАРАМЕТРОВ ШЕРОХОВАТОСТИ И ВОЛНИСТОСТИ

Цель работы состоит в формирование знаний для выбора технологий и инструментальных средств, обеспечивающих требуемые параметры шероховатости поверхности и наклепа.

Шероховатость поверхности – совокупность неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности. Шероховатость поверхности после механической обработки это геометрический след режущего или деформирующего инструмента (металлического или абразивного), движущегося в соответствии с установленным режимом резания, искаженный в результате пластической и упругой деформации и сопутствующей процессу резания вибрацией технологической системы станок— приспособление—инструмент—деталь.

В стандарт на шероховатость ГОСТ2789-73 вошли следующие основные характеристики шероховатости. Высотные параметры: Ra – среднее арифметическое отклонение профиля; Rz – среднеарифметическая высота неровностей профиля по десяти точкам; Rzmax Rmax –

наибольшая высота неровностей профиля. Шаговые параметры: S - средний шаг неровностей по вершинам локальных выступов; Sm – средний шаг неровностей; t p –

относительная опорная длина профиля, где p – уровень сечения профиля.

3

В основу количественной оценки характеристик шероховатости принята система отсчета, в которой в качестве базовой линии служит средняя линия профиля. Профиль поверхности со средней линией и другими параметрами в соответствии с ГОСТ 2789–73 приведен на рис. 1.

Рис. 1. Профиль неровностей поверхности и его характеристика

Средняя линия профиля – это базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины l среднее квадратическое отклонение точек профиля от этой линии минимально. Линия, эквидистантная средней линии и проходящая через высшую точку профиля в пределах базовой длины, называется линией выступов профиля. Линия, эквидистантная средней линии и проходящая через низшую точку профиля в пределах базовой длины, называется линией впадин профиля. Расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины представляет собой наибольшую высоту неровностей профиля Rmax.

Высота выступов профиля – это расстояние от средней линии профиля до высшей точки выступа профиля.

4

Глубина впадины профиля yvm – это расстояние от средней линии профиля до низшей точки впадины профиля.

Неровность профиля – это выступ профиля и сопряженная с ним впадина профиля.

Шаг неровностей профиля – это длина отрезка средней линии профиля Smi, содержащая выступ профиля и сопряженную с ним впадину профиля. Средний шаг неровностей профиля Sm – это среднее значение шага неровностей профиля по средней линии в пределах базовой длины.

Шаг местных выступов Si – это длина отрезка средней линии между проекциями на нее двух наивысших точек соседних местных выступов профиля. Средний шаг местных выступов профиля S – это среднее значение шага местных выступов в пределах базовой длины.

Для оценки шероховатости поверхности в машиностроении наибольшее распространение получили два высотных критерия Rz и Ra.

Неровности поверхностного слоя обработанных поверхностей классифицируют в зависимости от отношения шага S к их высоте Н [1]. При S/Н >1000 неровности классифицируются как отклонения формы и расположения поверхностей, при S/Н=50-1000 неровности классифицируются как волнистость, при S/Н<50 неровности классифицируются как шероховатость – система неровностей с относительно малым шагом.

Шероховатость характеризуется средним арифметическим отклонением профиля неровностей Ra и средней арифметической высотой неровностей [1]

средним шагом профиля неровностей по выступам и по средней линии, относительной несущей длиной профиля

5

шаги профиля неровностей по выступам и по средней линии; bi – длина участков профиля неровностей в сечении на высоте

hi ; L – базовая длина измерений шероховатости. Эксплуатационные свойства поверхности зависят от

фактической поверхности соприкосновения с сопряженными деталями, например контактная жесткость. Для приближенной оценки возможной поверхности контакта используется критерий t p – опорная длина профиля, который

определяется суммой длин отрезков в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне в материале профиля линией, эквидистантной средней линии. Для сопоставления опорных возможностей разных поверхностей, имеющих в том числе и одинаковые высотные характеристики неровностей профиля, пользуются критерием относительной опорной длины профиля t p (рис. 2).

6

Рис. 2. Кривые относительной опорной длины профиля t p при уровне сечения профиля неровностей p от базовой

линии: 1 – при черновой обработке; 2 – чистовой; 3 – при упрочнении поверхностным пластическим деформированием

[1]

Закономерности изменения шероховатости и волнистости обработанной поверхности при изменении скорости резания связаны с закономерностям изменения интенсивности износа инструмента. При работе на скоростях резания, обеспечивающих минимум интенсивности износа инструмента, наблюдается минимум высоты неровностей и минимум глубины и степени наклепа обработанной поверхности.

В процессе резания жаропрочных сплавов происходит интенсивный наклеп обработанной поверхности, металл приобретает высокую твердость, усиливается износ контактирующих с заготовкой участков режущего инструмента.

7

Явление наклепа имеет сложные много факторные зависимости от различных физических процессов, которые изучаются в различных областях знаний

2.МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ШЕРОХОВАТОСТИ

ИВОЛНИСТОСТИ

2.1. Общие положения и определения

Поверхность обработанной детали не является идеально ровной и геометрически правильной. Она отличается от номинальной микро- и макрогеометрическими отклонениями. Микрогеометрические отклонения определяют шероховатость поверхности, макрогеометрические – характеризуют волнистость и отклонения формы. Неровности,

для которых отношение S/ < 40, относят к шероховатости,

при 1000 > S/ > 40 - к волнистости, при S/ >1000 – к

отклонениям формы.

Шероховатость поверхностей регламентируется ГОСТ 2789-73 и соответствующими рекомендациями.

Шероховатость поверхности при обработке заготовки детали зависит от многих технологических факторов: режимов обработки (скорости резания, подачи); геометрии (переднего и заднего углов), материала и качества поверхности инструмента; механических свойств, химического состава и структуры материала заготовки; состава смазывающе-охлаждающей жидкости; жесткости технологической системы. Шероховатость поверхностей в значительной степени определяет основные эксплуатационные свойства деталей и узлов – износостойкость, сопротивление усталости, надежность посадок, контактную жесткость и теплопроводность стыков сопряженных деталей, коррозионную стойкость, герметичность соединений, отражающую и поглощающую способность поверхностей и др. Характеристики шероховатости поверхности строго нормируются и

8