автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.08, диссертация на тему:Обоснование режимов обработки деталей технологической оснастки и специзделий методом поверхностного упрочнения на основе выявленных взаимосвязей, действующих при ударной деформации

Содержание.

Введение.

1 Глава 1. Анализ существующих способов и средств поверхностного упрочнения рабочих поверхностей изделий: формообразующих деталей штампов и прессформ, деталей материальной части автоматического оружия, стволов стрелково-пушечного вооружения

1.1 Существующие средства и технические решения упрочнения деталей машиностроения.

1.1.1 Термические и химико-термические методы упрочнения.

1.1.2 Химические методы упрочнения.,.

1.1.3 Физические методы упрочнения .".

1.1.4 Механические методы упрочнения.

1.2 Цель и задачи диссертационной работы

2 Глава 2. Теоретическое обоснование величины поверхностного наклепа изделий от энергетических параметров при ударном упрочнении

2.1 Требования, предъявляемые к механическим свойствам упрочняемых деталей прессформ и штампов

2.2 Требования, предъявляемые к механическим свойствам упрочняемых деталей материальной части стрелково-пушечного вооружения.

2.3 Требования, предъявляемые к механическим свойствам упрочняемых стволов.

2.4 Обоснование зависимости величины наклепа от физико-механических свойств материалов и энергетических параметров при ударном упрочнении.

Глава 3. Теоретическое обоснование энергетических параметров системы возбуждения магнитостриктшонного преобразователя для обеспечения механических характеристик поверхностного упрочненного слоя

3.1 Разработка схемы возбуждения движения рабочего тела при уд;: упрочнении.

3.2 Обоснование энергетических параметров системы возбуждения магнитострикционного преобразователя

3.2.1 Определение предельной скорости движения торца преобразователя от тока подмагничивания и напряжения выхода на ультразвуковом генераторе.

3.2.2 Зависимости колебательной скорости на выходе конического преобразователя в зависимости от колебательной скорости на обмотке преобразователя.

3.2.3 Зависимости колебательной скорости на выходе технологической установки для ультразвукового деформационного упрочнения от задаваемых на ультразвуковом генераторе тока подмагничивания и напряжения выхода на обмотке преобразователя.

3.2.4 Зависимости диаметра отпечатка от задаваемых на ультразвуковом генераторе тока подмагничивания и напряжения выхода на обмотке преобразователя при ультразвуковом деформационном упрочнении.

3.2.5 Теоретическое обоснование оптимальных режимов обработки в зависимости от требуемой величины остаточных напряжений при ударной деформации шариками под воздействием ультразвука

3.3 Выводы по главе

Глава 4. Экспериментальное исследование величины поверхностного наклепа изделий от энергетических параметров в процессе поверхностного упрочнения рабочих поверхностей изделий: детали материальной части автоматического оружия, стволы стрелково-пушечного вооружения, формообразующие детали штампов и прессформ.

4.1 Выбор приборов, по точности обеспечивающей требования измерений параметров энергетических установок и их элементов.

4.2 Экспериментальное подтверждение теоретических зависимостей энергетических параметров системы возбуждения магнитострикциои-ного преобразователя для обеспечения механических характеристик поверхностного упрочненного слоя.

4.3 Анализ структуры материала после обработки изделий ударным упрочнением.

4.4 Испытания на износостойкость ствола на основе исследования образцов.

4.5 Экспериментальное подтверждение теоретических зависимостей энергетических параметров системы возбуждения магнитострикцион-ного преобразователя для обеспечения механических характеристик поверхностного упрочненного слоя

4.6 Выводы по главе 4.

5 Глава 5. Обоснование конструкции системы обеспечения возбуждения при ударном упрочнении элементов изделий

5.1 Выбор элементов оборудования для системы обеспечения возбуждения.

5.2 Обоснование выбора конструктивных особенностей установки и технологической оснастки для обрабатываемой номенклатуры изделий

5.2.1 Конструктивные особенности установки.

5.2.2 Волноводы для упрочнения формообразующих деталей штампов и прессформ и деталей материальной части автоматического оружия.,.

В условиях все возрастающей напряженности работы машин, связанной с увеличением их мощностей, скоростей, рабочих давлений, а следовательно и с ужесточением режимов работы, с повышением требований к точности их функционирования, вопросы надежности и долговечности работы изделий приобретают исключительно важное значение. В настоящее время существует задача создания и совершенствования прогрессивных технологических процессов обработки, направленных на увеличение ресурса работы различных изделий машиностроения.

Долговечность изделий формообразующих деталей штампов и прессформ, спецтехники, например, деталей материальной части автоматики и стволов орудий, непосредственно связана с качеством поверхностного слоя. От качества поверхностного слоя зависят эксплуатационные свойства изделий - сопротивление усталости, износостойкость, сопротивление контактной прочности и другие.

В современном машиностроении одним из основных технологических приемов повышения прочности, долговечности изделий является упрочнение деталей методом поверхностного пластического деформирования, и насыщения поверхностного рабочего слоя деталей легирующими элементами и их соединениями (карбидами, нитридами, боридами, сульфидами и т.д.).

Делались попытки установить зависимости эксплуатационных свойств изделий от технологических параметров поверхностного упрочнения и автоматизировать процесс обработки деталей [27; 33; 44; 45; 55; 57; 63; 69; 87]. В настоящее время отсутствуют такие зависимости и практические рекомендации определения их для изделий спецтехники, формообразующих деталей штампов и прессформ, упрочняемых методом поверхностно-пластического деформирования. В производстве технологические режимы 7 упрочнения подбираются опытным путем, методом проб и ошибок, что приводит к значительным затратам времени и средств.

На основании вышеизложенного можно утверждать, что существует задача определения закономерностей эксплуатационных свойств упрочняемых поверхностей деталей технологической оснастки и спецтехники, изготовленных из инструментальных и оружейных сталей, при использовании метода поверхностного пластического деформирования с наложением мощного ультразвука от технологических параметров обработки: тока подмагничивания обмотки магнитострикциошюго преобразователя, напряжения на выходе ультразвукового генератора и параметров рабочего тела, воздействующего на эту поверхность, для автоматизации технологического процесса обработки. 8

Выводы:

Теоретически обосновано и экспериментально подтверждены:

1. Взаимосвязи физико-механических свойств упрочняемых поверхностей от параметров рабочих тел и режимов их движения, для автоматизации процесса деформационного упрочнения поверхности изделия шариками при ультразвуковом воздействии для формообразующих деталей прессформ и штампов, деталей материальной части автоматического оружия, стволов стрелково-пушечного вооружения включающие теоретические зависимости:

• диаметра отпечатка рабочего тела при ударе о поверхность изделия от его начальной скорости, массы и диаметра, частоты и амплитуды колебаний торца волновода, физико-механических свойств упрочняемого материала;

• размера отпечатка на упрочняемой поверхности от диаметра шарика для материалов с различными физико-механическими свойствами при фиксированных значениях частоты и амплитуды колебаний торца волновода;

• глубины отпечатка на упрочняемой поверхности от диаметра шарика для материалов с различными физико-механическими свойствами при фиксированных значениях частоты и амплитуды колебаний торца волновода.

2. Взаимосвязи физико-механических свойств упрочняемых поверхностей от параметров рабочих тел и технологических режимов обработки, для автоматизации процесса деформационного упрочнения шариками при ультразвуковом воздействии для формообразующих деталей прессформ и штампов, деталей материальной части автоматического оружия, стволов стрелково-пушечного вооружения, включающие теоретические зависимости: диаметра отпечатка рабочего тела при ударе об упрочняемую поверхность от задаваемых на ультразвуковом генераторе тока подмагничивания и напряжения выхода на обмотке преобразователя, с учетом задаваемых параметров: массы и диаметра шарика, геометрических параметров и амплитуды колебаний акустических волноводов, магнитных свойств и геометрических параметров магнитострикционного преобразователя, свойств обрабатываемого материала упрочняемого изделия (напряжения смятия материала образца); размера отпечатка на упрочняемой поверхности от задаваемых на ультразвуковом генераторе тока подмагничивания и напряжения выхода на обмотке преобразователя для материалов с различными физико-механическими свойствами упрочняемого^ изделия при фиксированном значении диаметра шарика; глубины отпечатка на упрочняемой поверхности от задаваемых на ультразвуковом генераторе тока подмагничивания и напряжения выхода на обмотке преобразователя для материалов с различными физико-механическими свойствами упрочняемого изделия при фиксированном значении диаметра шарика. Отклонения значений, рассчитанных по теоретическим зависимостям, и полученных экспериментально не превышают 20%.

226

1. Агранат Б.А., Дубровин М.Н., Хавский H.H. и др. Ультразвуковая техника и технология. - М.: Металлургия, 1987. - 215 с.

2. Александров А.Ю., Волобуев В.А. Оценка эффективности применения различных вариантов ультразвукового упрочнения для уменьшения износа стволов.// Вопросы оборонной техники. Сер.4 -1996. -Вып. 1(163)-2(164). с.13-17.

3. Александров А.Ю., Воронин П.В., Кузьмин О.С. Влияние режимов термической обработки материала стволов автоматического оружия на их механические характеристики и живучесть.// Оборонная техника. -2001. №4. - с.78-80.

4. Александров А.Ю., Воронин П.В., Люблинский М.С. Влияние азотирования на структуру и свойства поверхностного слоя стали 25ХЗМЗНБЦА.// Оборонная техника. 1997. - №4-5. - е.

5. Александров А.Ю., Воронин П.В., Люблинский М.С. Свойства защитных покрытий канала ствола из стали 25ХЗМЗНБЦА.// Оборонная техника. 1997. - №1-2. - с

6. Алферов В.В. Конструкция и расчет автоматического оружия. М.: Машиностроение, 1977. - 248 с.

7. Артиллерийское вооружение. Основы устройства и конструирование./ Учебник для втузов./ Под ред. И.И. Жукова. М.: Машиностроение, 1975,- 420 с.

8. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М.: Издательство иностранной литературы, 1957.- 726 с.

9. Богомолов С.И., Курочкин Ю.В., Степанов В.В. Лазерная обработка и усталостная прочность деталей.// Автомобильная промышленность. -1986. -№7. -с.31-32.227

10. Бойцов В.В., Петухов Ю.В., Сазанов В.Ф. и др. Измерение усталостных характеристик стали, подвергнутой воздействию ударных волн.// Вестник машиностроения. 1986. - №3. - с.8-9.

11. Бочков В.Е. Поверхностное упрочнение углеродистых сталей электроэрозионным легированием.// Изв. Вузов. Черная металлургия. -1986. -№10. -с.82-84.

12. Вероман В.Ю., Аренков А.Б. Ультразвуковая обработка материалов. -Л.: Лениздат, 1973.- 248 с.

13. Верхотуров А. Д. Технология электроискрового легирования металлических поверхностей. Киев: Техника, 1982. - 136 с. М.Виба Я.А. Оптимизация и синтез виброударных машин. - Рига: Зинатне, 1988.-253 с.

14. Воздействие мощного ультразвука на межфазную поверхность металлов. М.: Наука, 1986. - 278 с.

15. Волобуев В.А. Теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение величины наклепа при ультразвуковом деформационном упрочнении.// Вооружение, автоматика, управление. Часть II. (Сборник научных трудов.) Ковров: КГТА, 2001. - с.91-93.

16. Глоба JI.B., Серебрякова Т.И., Муха И.М. и др. Взаимодействие диборида титана-хрома с углеродистыми сталями в условиях тлеющего разряда.// Порошковая металлургия. 1986. - №8. - с.64-67.

17. Головин Г.Ф., Замятин М.М. Высокочастотная термическая обработка. Вопросы металловедения и технологии. JL: Машиностроение, 1990. - 239 с.

18. Горелик Г.С. Колебания и волны. -М.: Физматгиз, 1959. 512 с.

19. Горленко О.Н. Свойства поверхностей, упрочненных лазерной обработкой.// Физика и химия обработки металлов. 1983. - №6. - с. 18.

20. Горов Э.А., Гнатовский Н.И. Основы устройства автоматического оружия. Пенза, 1960. - 364 с.

21. Дель Г.Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости. М.: Машиностроение, 1971. -199 с.

22. Демин Ю.Н., Юрков Н.И., Мельничук Г.А. Получение боридных покрытий в тлеющем разряде.// Автомобильная промышленность. -1986. -№10.- с.35.229

23. Донской A.B., Келлер O.K., Кратыш Г.С. Ультразвуковые электротехнологические установки. Л.: Энергия, 1968. - 276 с.

24. Жасминов М.М. Управление качеством деталей при ППД.- Алма-Ата: Наука, 1986.-207 с.

25. Житников Ю.З., Волобуев В.А. Теоретическое обоснование зависимости величины наклепа при ультразвуковом деформационном упрочнении.// Автоматизация и современные технологии. 2001. - №6. - с.27-32.

26. Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали: Справочник. М.: Машиностроение, 1981.- 391 с.

27. Зайцев A.B. Повышение стойкости штампового инструмента методом борсилицирования.// Кузнечно-штамповое производство. -1986. №6. - с.8.

28. Исследования по упрочнению деталей машин./ Под ред. И.В. Кудрявцева. М.: Машиностроение, 1972.- 328 с.

29. Казанский В.Г. Оптимизация длительности ультразвукового упрочнения лопаток гидротурбин.// Самолетостроение. Техника воздушного флота. (Харьков) 1986. - №53. - с.28.

30. Кириллов В.М., Девятьяров Д.К., Дмитриев H.A. и др. Конструкции стрелкового оружия./ Учебник. М.: Воениздат, 1972. - 396 с.

31. Коваленко B.C., Верхотуров А.Д., Головко Л.Ф. и др. Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов. М.: Наука, 1986. - 276 с.

32. Коваленко B.C. Технология и оборудование электрофизических и электрохимических методов обработки материалов. Киев: Вища школа, 1983. - 176 с.230

33. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин.: Учеб. пособие для машиностр. спец. вузов. М.: Высшая школа, 1991.-319 с.

34. Костржицкий А.И., Лебединский О.В. Многокомпонентные вакуумные покрытия. М.: Машиностроение, 1987,- 208 с.

35. Крекнин JI.T. Производство автоматического оружия: В 3-х частях:- Ижевск, 2001. ч.1.: Производство стволов. - 273 с.

36. Кудрявцев И.В. Поверхностный наклеп для повышения прочности и долговечности деталей машин. М.: Машиностроение, 1969.- 320 с.

37. Кудрявцев И.В., Саверин М.М., Рябченков A.B. Методы поверхностного упрочнения деталей машин. М.: Машгиз, 1949.- 221 с.

38. Кулемин A.B. Исследование диффузии в металлах при ультразвуковых деформациях: Автореферат диссертации канд. физ. -мат. наук/ МФТИ; Акустический институт АН СССР. М., 1971. - 24 с.

39. Кулемин A.B. Ультразвук и диффузия в металлах. М.: Металлургия, 1978. - 200 с.

40. Кулемин A.B. Поглощение ультразвука в металлах в процессе их пластической деформации.// Акустический журнал. t.XXVI. - 1980. -вып.5. - с.735-740.

41. Кулемин A.B., Кононов В.В., Стебельков И.А. О выборе оптимального режима ультразвуковой упрочняющей обработки металлов.// Физика и химия обработки металлов. 1982. - №2. - с. 109113.

42. Кулемин A.B., Стебельков И.А., Малолетнев А.Я. и др. Влияние ультразвуковой деформационной обработки на шероховатость упрочненной поверхности.// Вестник машиностроения. 1983. -№11.-с.20-22.

43. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник.- М.: Машиностроение, 1985.- 230 с.231

44. Лазерная техника и технология. / Под ред. Григорьянца. В 7-ми кн.: М.: Высшая школа, 1988. - кн.6.: Основы лазерного термоупрочнения сплавов - 158 с.

45. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Лазерная химико-термическая обработка и наплавка сплавов: Учебное пособие. М.: Машиностроение, 1986.- 59 с.

46. Леонтьев П.А., Чеканова Н.Г., Хан М.Г. Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1986. - 142 с.

47. Маккавеев Е.П. Образование регулярных микрорельефов в результате центробежно-ударного накатывания.// Вестник машиностроения. 1986. №5. - с.17-20.

48. Малинов Л.С. Лазерное упрочнение штампового инструмента.// Технология и организация производства. 1986. - №2. - с.46-48.

49. Малыгин Б.В. Магнитное упрочнение инструмента и деталей машин. М.: Машиностроение, 1989.- 112 с.

50. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. М.: Машиностроение, 1979.- 191 с.

51. Материальная часть стрелкового оружия. Книга 2./ Под ред. А.А. Благонравова. М.: Оборонгиз, 1946.- 831 с.

52. Методы расчета и конструирования инструментов для ультразвуковой обработки./Руководягцие материалы ОНТИ ЭНИМС. -М., 1963.-59 с.

53. Михаленко Ф.П. Стойкость разделительных штампов. М.: Машиностроение, 1986.- 226 с.232

54. Мысь Н.И., Кищенко В.А., Карпов В.В. Вопросы обеспечения надежности при проектировании. Расчеты и оптимизация ЗИП: Аналитический обзор за 1970-1985 г.г. М.: ЦНИИ информации, 1987. -100 с.

55. Овсеенко А.Н., Малолетнев А.Я., Остапенко В.А. и др. Влияние дробеструйного и гидродробеструйного упрочнения на малоцикловую ударную усталость высокопрочной стали.// Вестник машиностроения. -1982.-№6.-с.35-37.

56. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием: Справочник. М.: Машиностроение, 1987.-328 с.

57. Осаждение твердых износостойких покрытий типа нитридов и карбидов методом ионного распыления.// Технология автомобилестроения. Зарубежный опыт: Экспресс-информация НИИНавтопром. 1986. - №23. - с.8-10.

58. Основы физики и техники ультразвука.: Учебное пособие для вузов/ Агранат Б.А., Дубровин М.Н., Хавский H.H., Эскин Г.И.- М.: Высшая школа, 1987.-352 с.

59. Папшев Д.Д. Состояние и перспективы развития обработки ППД.// Кузнечно-штамповочное производство. 1985. - №8. - с.32-33.

60. Папшев Д.Д. Упрочняющая технология в машиностроении (методы ППД): Учебное пособие. М.: Машиностроение, 1986,- 490 с.

61. Папшев Д.Д. Эффективность методов отделочно-упрочняющей обработки.// Вестник машиностроения. 1983. - №7. - с.42-44.

62. Петросов В.В. Гидродробеструйное упрочнение деталей и инструмента. М.: Машиностроение, 1977.- 166 с.

63. Повышение усталостной прочности стальных и чугунных деталей поверхностным наклепом. / Под ред. И.В. Кудрявцева. М.: Машгиз, 1955.- 171 с.

64. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Обработка инструментальных материалов: Справочник. Киев: Тэхника, 1988,- 175 с.

65. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение металлов: Справочник. -М.: Машиностроение, 1986.- 320 с.

66. Полетика И.М., Борисов М.Д., Гладышев С.А. и др. Легирование малоуглеродистой стали с помощью интенсивных источников.// Физика и химия обработки металлов. 1986. - №3. - с. 135-138.

67. Райцес В.Б. Термическая обработка. М.: Машиностроение, 1980.192 с.

68. Русаков Ю.Д. Теория стрельбы автоматического стрелкового оружия и средств ближнего боя. Пенза: ПВАИУ, 1969. - 164 с.

69. Рыковский Б.П., Смирнов В.А., Щетинин Г.М. Местное упрочнение деталей поверхностным наклепом. М.: Машиностроение, 1985.- 152 с.234

70. Сулима A.M., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М.: Машиностроение, 1988.- 240 с.

71. Теория и расчет автоматического оружия. /Под ред. Кириллова В.М. Пенза: ПВАИУ, 1973. - 493 с.

72. Теумин И.И. Ультразвуковые колебательные системы. М.: Машгиз, 1959.-332 с.

73. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. / Глав. ред. И.П. Голямина. -М.: Советская энциклопедия, 1979. 400 с.

74. Уманский В.Б., Костенко A.A., Худик Ю.Т. Упрочнение деталей металлургического оборудования. М.: Металлургия, 1991. - 176 с.

75. Физические основы ультразвуковой технологии/ под ред. Л.Д. Розенберга. М.: Наука, 1970. - 687 с.

76. Фокин A.A. Надежность при эксплуатации технических средств. -М.: Воениздат, 1970. 224 с.

77. Хомяк Б.С. Методы упрочнения кузнечно-прессового инструмента, штампов и контроля их качества. М.: 1991. - 64с. (Машиностроит. пр-во. Сер. Технология и оборудование кузнечно-штамповочного пр-ва: Обзор. информ./ВНИИТЭМР. Вып.2).

78. Чепа П.А. Технологические основы упрочнения деталей поверхностным деформированием. Минск: Наука и техника, 1981.128 с.235

79. Шатинский В.Ф., Нестеренко А.И. Защитные диффузионные покрытия. Киев: Наукова думка, 1988. - 272 с.

80. Шипунов А.Г., Швыкин Ю.С. Живучесть стволов скорострельных пушек и способы ее обеспечения. М.: Машиностроение, 1978.- 422 с.

81. Шнейдер Ю.Г. Образование регулярных микрорельефов на деталях и их эксплуатационные свойства. Л.: Машиностроение, 1972.- 240 с.

82. Шутилов В.А. Основы физики ультразвука.: Учеб. пособие. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та., 1980. - 280 с.

83. Электрофизикохимические и комбинированные методы обработки металлов.// Тезисы докладов к зональной конференции. Пенза: Приволжский ДНТП, 1984. - 105 с.

84. Электрохимические и электрофизические методы обработки материалов.// Сборник научных трудов. Тула: ТулПИ, 1987. - 160 с.

85. А2 количество изделий, изготовленных на заводе в 1988 году.