Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование оборудования для технологического процесса виброударного упрочнения. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ
ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ
Учебное пособие
Ростов-на-Дону
ДГТУ
2018
1
УДК 629.7.018.4(075.8)
П79
Рецензент
кандидат технических наук, доцент,
начальник научно-производственного центра «Охрана труда»
ФГБОУ ВО РГУПС Т.А. Финоченко
Авторы:
Б.Ч. Месхи, К.О. Кобзев, С.Ф. Подуст,
С.А. Шамшура, И.М. Чукарина
Проектирование оборудования для технологического процесса
П79 виброударного упрочнения: учеб. пособие / Б.Ч. Месхи, К.О. Кобзев,
С.Ф. Подуст и др. ; Донской гос. техн. ун-т. – Ростов-на-Дону: ДГТУ,
2018. – 118 с.
ISBN 978-5-7890-1631-2
Рассмотрены условия возникновения вибрации и шума в различных тех-
нологических системах виброударного упрочнения на примере труб лонжеронов
вертолетов, а также методы расчета и проектирования систем снижения шума и
вибрации. Изучены связи и установлены закономерности между параметрами
технологического процесса и виброакустическими параметрами при виброударном упрочнении. Приведена вибрационная модель вибростенда, синтез динамической системы, методика оптимального синтеза вибростенда.
Рассмотрены вопросы создания и применения композиционных материа-
лов и слоистых конструкций, сочетающих звукопоглощающие и звукоизолирующие свойства.
Предназначено для студентов направления бакалавриата, магистратуры и
аспирантов, изучающих проблемы безопасности разнохарактерных технологических процессов и охраны труда в машиностроении, а также будет полезно научным и инженерно-техническим работникам, специализирующимся в области
машиностроения, эксплуатации различных транспортных систем и сертификации продукции.
УДК 629.7.018.4(075.8)
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Донского государственного технического университета
© Месхи Б.Ч., Кобзев К.О.,
Подуст С.Ф. и др., 2018
ISBN 978-5-7890-1631-2 © ДГТУ, 2018
2
Оглавление
Введение ………………………………………………………………..
5
1.
ВИБРАЦИОННАЯ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩАЯ
ОБРАБОТКА …………………………………………………….
7 1.1.
Технические возможности процесса виброударного
упрочнения ………………………………………………
9 1.2.
Исследование шума и вибрации вибрационных станков ………………………………………………………...
16
1.3.
Техническое средство для наклепа наружной и внут-
ренней поверхности лонжеронов виброударным способом .…………………………………………………….
19
2.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ВИБРОУДАРНОГО
УПРОЧНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ……………………………………..
22
2.1.
Анализ процесса формирования шероховатости поверхности ………………………………………………...
22
2.2.
Формирование параметров упрочнения поверхностного слоя деталей …………………………………………..
31
3.
ИЗУЧЕНИЕ СВЯЗЕЙ И УСТАНОВЛЕНИЕ
ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ МЕЖДУ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ
ПРОЦЕССОМ И ВИБРОАКУСТИЧЕСКИМИ
ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПРИ ВИБРОУДАРНОМ
УПРОЧНЕНИИ ЛОНЖЕРОНОВ ………………………………
33
3.1.
Моделирование виброзащитной системы стенда для
виброударного упрочнения ……………………………..
33
3.2.
Моделирование процесса шумообразования ………….
36
3.3.
Вывод зависимости звуковой мощности ……………….
42
3.4.
Вывод зависимостей вибрационной мощности от воздействия технологической среды ………………………
46
3
4.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА ШУМОВИБРАЦИИ
В ПРОЦЕССЕ ВИБРОУДАРНОГО УПРОЧНЕНИЯ ТРУБ
ЛОНЖЕРОНОВ ………………………………………………….
57
4.1.
Методика проведения экспериментальных исследований ………………………………………………………..
57
4.2.
Влияние основных технологических параметров на
шероховатость обработанной поверхности ……………
66
4.3.
Влияние основных технологических параметров на
остаточные напряжения ………………………………...
70
4.4.
Исследование микротвердости поверхностного слоя ...
72
4.5.
Экспериментальные исследования вибрации и шума
на стенде виброударного упрочнения труб лонжеронов ………………………………………………………...
73
5.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО УЛУЧШЕНИЮ РЕДУЛЬТАТОВ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВИБРОУДАРНОГО
УПРОЧНЕНИЯ …………………………………………………..
83
5.1.
Оптимизация вибрационной модели вибростенда ……
85
5.2.
Синтез динамической системы вибростенда ………….
86
5.3.
Методика оптимального синтеза вибростенда ………..
88
5.4.
Синтез шумозащитной системы вибростенда …………
89
Литература ……………………………………………………………...
99
ПРИЛОЖЕНИЯ ………………………………………………………..
105
4
Введение
Оборудование вибрационной отделочно-упрочняющей обра-
ботки (ВиОУО) получило широкое распространение практически
во всех отраслях машиностроения. Наиболее интенсивно вибрационное упрочнение применяется на предприятиях авиационной промышленности. Трубы лонжеронов относятся к наиболее ответственным деталям вертолетов, от которых в большой степени зависит надежность машины в целом. Поэтому к качеству изготовления
этих изделий предъявляются чрезвычайно высокие требования.
Упрочнение внутренних и наружных поверхностей лонжеронов в
настоящее время производится на высокоамплитудных вибрационных станках. Однокомпонентная или двухкомпонентная вибрация
возбуждает движение рабочей среды, которая, воздействуя на поверхность детали и элементы ограждающих поверхностей контейнеров, где располагаются упрочняемые заготовки и рабочая среда,
посредством ударов частиц, производит эффект упрочнения. Результаты исследований, проведенных в последние годы, указывают
на широкие технологические возможности ВиОУО, характеризующиеся высокими технико-экономическими показателями при выполнении большой группы отделочно-упрочняющих операций. Однако конкретные условия их применения, раскрытие физической
сущности протекания процесса в каждом конкретном случае, большое количество факторов, оказывающих непосредственное влияние
на производительность и качество обработки, требуют проведения
дополнительных исследований, в особенности для однокоординатных стендов, на которых и производится виброударное упрочнение
лонжеронов.
Для обеспечения требуемого качества упрочняемой поверхно-
сти, несущей системе вибростендов сообщаются высокие частоты и
амплитуды вибраций, что неизбежно сопровождается интенсивной
виброакустической активностью оборудования, уровни шума и
5
вибраций которого существенно превышают санитарные нормы.
Учет требований безопасности в передовых технологиях выполняется наряду с требованиями по качеству. Для рассматриваемого
процесса условия безопасности при эксплуатации оборудования
нарушаются только по виброакустическим показателям.
Таким образом, решение задачи разработки рациональных
режимов процесса виброударного упрочнения труб лонжеронов и
обеспечения предельно допустимых виброакустических характеристик является актуальной.
6
1. ВИБРАЦИОННАЯ ОТДЕЛОЧНО-УПРОЧНЯЮЩАЯ
ОБРАБОТКА
Развитие современного производства ставит задачи повышения производительности труда и качества изделий в различных отраслях промышленности. Обработка деталей динамическими методами ППД является одним из эффективных путей решения этой задачи в машиностроении. Возможность достижения требуемой точности и качества деталей при высокой производительности, повышение надежности и долговечности машин в процессе эксплуатации способствует непрерывному росту объема отделочноупрочняющей обработки в современном машиностроении. Разработка новых технологических процессов, способствующих повышению качества деталей, является одной из наиболее важных задач
повышения эффективности производства.
ВиОУО представляет собой механический или механохимический процесс сглаживания микронеровностей за счет их пластического деформирования частицами рабочей среды, совершающими колебательное движение.
Обрабатываемые заготовки помещают в рабочую камеру, заполненную металлическими полированными шариками. Обработка
деталей может производиться в закрепленном состоянии или со
свободной загрузкой. В первом случае движение среды относительно детали носит упорядоченный характер, а угол удара рабочей
среды по обрабатываемой поверхности зависит от режимов обработки. Во втором случае детали и среда имеют произвольное расположение относительно друг-друга и стенок контейнера, поэтому
направление движения частиц рабочей среды носит произвольный
характер.
При обработке на однокоординатном вибрационном станке
колебания рабочей камеры осуществляются в вертикальном
направлении.
7
Обработка на таком станке имеет простую технологию, высокую производительность и обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами. Она позволяет упрочнять поверхностный
слой обрабатываемых деталей, создавать благоприятное распределение остаточных напряжений, значительно увеличить усталостную прочность деталей.
Интенсивность ВиОУО зависит от режимов и продолжительности обработки, характеристики и размеров частиц рабочей среды,
объема рабочей камеры и степени её заполнения, механических
свойств материала обрабатываемых деталей. В числе основных параметров следует назвать характер движения (траекторию) рабочей
камеры и частиц рабочей среды, их скорость и ускорение, силу
микроударов и давление в рабочей камере.
Отсутствие жесткой связи детали и инструмента позволяет
обрабатывать детали сложной конфигурации, которые не могут
быть обработаны многими другими известными методами ППД.
При этом достигается равномерное упрочнение тонкого поверхностного слоя всех элементов детали, отделка и скругление острых
кромок, плавность переходов. Изменения размеров после обработки обычно укладываются в допуск на изготовление деталей и поэтому их можно не учитывать. Следовательно, точность геометрических размеров и формы деталей должна обеспечиваться на предшествующей операции.
Установлено, что ВиОУО приводит к улучшению качества
обрабатываемой поверхности, обеспечивая снижение шероховатости до Ra 0,5-0,1 мкм, образование наклепанного слоя глубиной до
500-800 мкм и степенью упрочнения до 20-30%. Она способствует
созданию остаточных напряжений сжатия, образованию мелкодисперсной структуры с высокой плотностью дислокаций, снижению
содержания остаточного аустенита в стальных закаленных деталях
за счет превращения его в более износостойкую структуру «мартенсит деформации».
8
1.1. Технические возможности процесса виброударного упрочнения
Традиционная схема [1, 25] вибрационной упрочняющей обработки (рис.1.1) включает контейнер, вибрирующий на упругих
элементах под действием сил, приложенных со стороны дебалансного вибратора. Однокомпонентная или двухкомпонентная вибрация возбуждает хаотическое или конвективное движение рабочей
среды, которая, воздействуя на поверхность деталей посредством
ударов частиц, производит эффект упрочнения. Вибрационные
станки обычно работают в диапазоне частот 15-50 Гц, амплитуд колебаний 1-6 мм, обладают емкостью контейнера 1-2000 литров.
Рис. 1.1. Схема объемной вибрационной обработки:
1 – основание; 2 – дебалансный вибратор; 3 – пружины; 4 – контейнер;
5 – обрабатываемая деталь; 6 – рабочая среда; 7 – подача СОЖ; 8 – помпа
Высокоамплитудные вибрационные станки применяют, в
частности, для упрочнения несущих деталей планеров (панели
плоскостей, лонжероны лопастей и т.д.) [22]. При этом обрабатывающий эффект достигается не действием потоков гранулярной
конвекции, а нанесением массовых ударов свободно летящих частиц – стальных шариков – подобно тому, как это имеет место при
дробеструйной обработке. Динамика рабочей среды в контейнере
9
высокоамплитудного вибрационного станка достаточно проста –
движение частиц обусловлено вертикальным подбрасыванием
нижней стенки контейнера, их отскоком от изделия, верхних и боковых стенок. Амплитудные значения скорости частиц рабочей
среды, взаимодействующей с поверхностью детали, варьируют от
0,25 до 2 м/с [22 , 30]. Среды для упрочнения поверхностей практически всегда представляют собой полированные стальные шарики
диаметром 2-12 мм, закаленные до HRС 59-60. При финишной обработке поверхностей в среде стальных шариков удается получить
шероховатость до Ra 0,32, сжимающие остаточные напряжения и
микротвердость, необходимые для повышения усталостной долговечности упрочняемого изделия. Взаимодействие гладких стальных
шариков с поверхностью сопровождается только пластической деформацией последней, без какого бы то ни было съема металла.
Для этих сред технологической характеристикой является величина
установившейся шероховатости, которая зависит от режимов обработки, природы обрабатываемой поверхности и СОЖ.
Необходимость снижения виброакустической активности
вибрационных технологических машин и, в частности, станков для
виброупрочнения обстоятельно обосновывалась А.П. Бабичевым,
Э.Э. Лавенделом, П.Д. Денисовым, И.Ф. Гончаревичем и другими.
Однако в имеющихся немногочисленных работах [39, 43], посвященных этому вопросу, исследования оставляли без внимания акустическую активность собственно процесса упрочнения, т.е. взаимодействия среды с деталью и контейнером, ограничиваясь рассмотрением одного источника шума – привода и подвески вибрационного станка. Тем не менее опыт фирмы «Troval» показывает,
что решение задачи снижения акустической активности технологического процесса вибрационной обработки необходимо решать в
комплексе. Так, многие торовые станки, выпускаемые этой фирмой,
имея чрезвычайно низкую виброактивность, все же оснащаются
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]