автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Повышение качества и эксплуатационных свойств поверхностей деталей многозвенных ушковых соединений, работающих в условиях фреттинг-коррозии, на основе комбинированной упрочняющей обработки

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Виды, причины износов и повреждений внутренних цилиндрических поверхностей стыковых узлов силовой конструкции планера.

1.2. Анализ действующей технологии формирования поверхностного слоя внутренних цилиндрических поверхностей.

1.3. Пути повышения качества и эксплуатационных свойств внутренних цилиндрических поверхностей многозвенных ушковых соединений.

ВЫВОДЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Глава 2. РАЗРАБОТКА ПРОЦЕССА КОМБИНИРОВАННОЙ АНТИФРИКЦИОННО-УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Сущность совмещенного процесса КАУО, режимы обработки, оборудование, материал.

2.2. Методики исследования качества поверхностного слоя.

2.2.1. Разработка методики исследования остаточных напряжений.

2.2.2. Методика исследования наклепа.

2.2.3. Методика исследования шероховатости поверхности.

2.2.4. Методика исследования структурных параметров.

2.2.5. Методика определения прочности сцепления покрытия с основой

2.3. Методики исследования эксплуатационных свойств внутренних цилиндрических поверхностей.

2.3.1. Оценка эффективности обработки поверхностного слоя в условиях фреттинг-процесса.

2.3.2. Оценка эффективности обработки поверхностного слоя применительно к подвижным шарнирно-болтовым соединениям

2.4. Статистическая обработка результатов эксперимента.

2.5. Программное обеспечение оптимизации режимов обработки.

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕОРЕТИКО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ.

3.1. Результаты теоретических исследований.

3.1.1. Теоретическое описание механизма формирования глубины антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя.

3.1.2. Теоретическое исследование формирования остаточных напряжений

3.2. Результаты экспериментальных исследований и их анализ.

3.2.1. Исследование геометрических параметров качества поверхности.

3.2.2. Исследование поверхностного наклепа.

3.2.3. Исследование остаточных напряжений.

3.2.4. Структурные и прочностные характеристики поверхностного слоя.

3.2.4.1. Исследование структурных параметров поверхностного слоя.

3.2.4.2. Оценка прочности сцепления покрытия с металлом основы.

ВЫВОДЫ.

Глава 4. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ОБРАБОТКИ ВНУТРЕННИХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ.

4.1. Оптимизация усилия дорнования.

4.2. Оптимизация шероховатости.

4.3. Оптимизация микротвердости.

4.4. Оптимизация остаточных напряжений.

ВЫВОДЫ.

Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

ОТВЕРСТИЙ МНОГОЗВЕННЫХ УШКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

5.1. Исследование фреттингостойкости.

5.2. Исследование износостойкости.

5.3. Оптимизация износостойкости по заданным параметрам качества.

ВЫВОДЫ.

Глава 6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

6.1. Рекомендации и технологическое оснащение КАУО многозвенных ушковых соединений.

6.2. Новый технологический процесс обработки стыковых узлов конструкции планера самолета.

ВЫВОДЫ.

Эксплуатационные свойства ответственных деталей и соединений планера самолета в значительной степени определяются состоянием поверхностного слоя и точностью их изготовления. При этом необходимо учитывать, что оптимальные показатели качества и точности определяются назначением и условиями эксплуатации изделий.

Большинство деталей и соединений планера (узлы навески крыла, стабилизатора, киля к фюзеляжу и т.п.) изготовляют из высокопрочных сталей и сплавов. В эксплуатации они испытывают высокие знакопеременные, вибрационные нагрузки, под действием которых их контактирующие поверхности подвержены интенсивному износу, фреттинг-коррозии. Технологическому обеспечению качества и точности таких деталей и соединений уделяется исключительно большое внимание. Так, технологический процесс окончательной обработки элементов (отверстий многозвенных проушин) узлов навески крыла к фюзеляжу ведется в условиях стенда (стапеля) при совместной разделке и включает до 10-12 технологических переходов со снятием общего припуска до 10 мм. В то же время, такая технология не удовлетворяет требованиям современного производства, как по производительности, так и по качеству обработки. Задача обеспечения качества и точности обработки усложняется еще и тем, что применяемые материалы обладают низкой обрабатываемостью по стойкости режущих инструментов. Износ инструментов и другие возмущающие факторы процесса резания вызывают изменение температурных и силовых характеристик процесса резания, что приводит к ухудшению шероховатости и точности обрабатываемых поверхностей, наклепу поверхностного слоя материала и образованию значительных растягивающих остаточных напряжений. Поэтому совершенствование и разработка новых более эффективных технологических процессов изготовления высокоответственных деталей и, в частности, элементов узлов соединения крыла с фюзеляжем самолета, обеспечиваю6 щих высокое качество обрабатываемых поверхностей при одновременном повышении производительности является актуальным.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом, для обеспечения высоких эксплуатационных показателей применяют различные технологии, направленные на повышение эксплуатационных характеристик поверхностного слоя деталей. Наиболее известные из них методы поверхностного пластического деформирования (ППД) и комбинированные методы обработки поверхностного слоя (КАУО).

Данные методы упрочнения получили широкое распространение и реализуются в машиностроении с помощью различных схем. Поиск и внедрение в практику более эффективных и перспективных методов представляется актуальным.

В диссертации на основе анализа многочисленных исследований в области КАУО разработана новая структурная схема процесса обработки отверстий многозвенных ушковых соединений, обеспечивающая получение антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя (АУПС), а также устройство автоматического контроля остаточных напряжений. На этой основе, предложен новый способ и устройства для его реализации, включающие - дорнования с нанесением (натиранием, с подачей в зону ППД раствора-суспензии) покрытия, позволяющие:

1. Формировать комбинированный АУПС;

2. Повысить качественные характеристики поверхностного слоя;

3. Повысить эксплуатационные свойства внутренних цилиндрических поверхностей стыковых узлов силовой конструкции планера самолета, работающих в условиях фреттинг-коррозии.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Выполненный анализ методов отделочно-упрочняющей обработки показал перспективность разработки и промышленного применения новых способов формирования АУПС внутренних цилиндрических поверхностей многозвенных ушковых соединений планера, работающих в условиях фреттинг-коррозии, трения и износа.

2. Предложена новая структурная схема построения технологического процесса, на основе которой разработан новый совмещенный технологический процесс КАУО, позволяющий объединить несколько операций в одну, что обеспечивает сокращение вспомогательного времени и трудоемкости обработки, повышение качества и производительности труда, экономии материальных ресурсов.

3. Разработаны (на уровне изобретений), изготовлены и прошли апробацию новые конструкции устройств, обеспечивающие совмещение операций: резания, нанесения антифрикционных покрытий (натирание, подача раствора-суспензии) и ППД дорнованием, а также контроля качества (остаточных напряжений) непосредственно в процессе обработки внутренних цилиндрических поверхностей многозвенных ушковых соединений.

4. Выполнено теоретическое исследование упрочняющей обработки, в результате: а) разработана физическая модель комбинированного процесса упрочнения поверхностей деталей совмещением операций нанесенОия металлоплакирую-щего покрытия и деформирующего протягивания; б) выявлен механизм формирования качества поверхностного слоя, проведен теоретически обоснованный выбор основных управляющих параметров обработки, инициирующих процесс ускоренного массопереноса («диффузии») и формирования антифрикционно-упрочненного поверхностного слоя при комбинированном упрочнении;

5. Получены аналитические и экспериментальные (на основе метода планирования эксперимента) зависимости для определения параметров качества поверхностного слоя (глубины наклепа, остаточных напряжений и др.) после комбинированного упрочнения, проведен их анализ и выявлены закономерности их изменения от различных технологических факторов и на этой основе решена задача выбора рациональных режимов обработки по заданному качеству поверхностного слоя.

6. В условиях, приближенным к натурным, проведены сравнительные экспериментальные исследования влияния новых способов обработки поверхностного слоя на эксплуатационные показатели. В результате подтверждено, что данные способы отдел очно-упрочняющей обработки обеспечивают: повышение фреттингостойкости в 4,5+5 раз, износостойкости 2+2,5.

7. Разработаны рекомендации по проектированию технологий и конструкций устройств для формирования АУПС внутренних цилиндрических поверхностей многозвенных ушковых соединений. Экономический эффект от внедрения предложенных разработок на АООТ НАЗ «Сокол» составил 132 тыс. руб.

1. Анализ авиационных происшествий. Техническая информация. Новости зарубежной науки и техники. М. 1987 г. - 97 с.

2. Бабичев М.А. Методы определения внутренних напряжений в деталях машин. Изд. АН СССР Москва 1955 г. 132 с.

3. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. М. Маш. 1978 г. - 129 с.

4. Безъязычный В.Ф. Технологические методы обеспечения эксплуатационных свойств и повышения долговечности деталей. Ярославль 1987 87с.

5. Белый А.В., Карпенко Г.Д., Мышкин Н.К. Структура и методы формирования износостойких поверхностных слоев М. Маш. 1991 г. - 208с.

6. Биргер Б.Ф. Остаточные напряжения. Маш. 1968 г. -340 с.

7. Бойцов Б.В. Методы повышения долговечности шарнирных соединений самолета. Москва МАИ. 1991—19с.

8. Бойцов Б.В. Надежность шасси самолета М. Маш. 1976 г. -216с.

9. Бойцов Б.В. Прогнозирование долговечности напряженных конструкций -М. Маш. 1985 г. 232с.

10. Бородин И.Н. Упрочнение деталей композиционными покрытиями. М.Маш. 1982 г. 141с.

11. Брондз Л.Д. Технология и обеспечение ресурса самолета. М. Маш. 1986 г. 182 с.

12. Власов В.М. Работоспособность упрочненных трущихся поверхностей М. 1987 г.-306с.

13. Выносливость элементов авиационных конструкций. Сб. работ ЦАГИ. -Москва Изд. ЦАГИ., 1980 г. -86с.

14. Гаркунов Д. Н. /Под. ред./ Повышение износостойкости на основе избирательного переноса. М. Маш. 1977 г. 215с.

15. Гаркунов Д.Н. /Под ред./ Избирательный перенос в тяжелонагруженных узлах трения М. Маш. 1982 г. -207с.

16. Гаркунов Д.Н. /Сб. статей под общ. Ред./ Долговечность трущихся деталей машин. М. Маш. 1987 г. -304 с.

17. Гаркунов Д.Н. Триботехника. М. Маш., 1989. -328 с.

18. Гаркунов Д.Н., Поляков А.А. Повышение износостойкости деталей конструкций самолетов. М. Маш. 1974 г. -200с.

19. Голего Н.Л. Алябьев А.Н., Шевеля В.В. Фреттинг-коррозия. Киев «Техника» 1974 г. 272с.

20. ГОСТ 23.211-80 Обеспечение износостойкости изделий. Метод испытаний при фреттинге и фреттинг-коррозии.

21. Гринченко И.Г. Упрочнение деталей из жаропрочных и титановых сплавов. М. Маш., 1971. -120с.

22. Громов М.С., Махова Н.Б., Шапкин B.C. Обеспечение безопасности старого парка самолетов по критериям коррозионной долговечности. Сб.: Проблемы безопасности полетов. ВИНИТИ, 1998 г. -54 с.

23. Демкин. Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М. Маш. 1981.-244 с.

24. Дроздов Ю.Н., Павлов В.Г., Пучков В.Н. Трение и износ в экстремальных условиях. Справочник. М. Маш. 1986 г. - 224с.

25. Ермаков Ю.М. Обзорная информация ВНИИТЭМР; вып. 6 М., 1991.-44 с.

26. Ермаков Ю.М., Ершов А.А. Тенденции развития конструкций инструментов для отделочно-упрочняющей обработки. Обзорная информация ВНИИТЭМР; вып. 1 М., 1987.-44 с.

27. Жарликов Н.В. Комбинированные режущие инструменты Урало-Сибирское отделение «Машгиз» 1961. 76с.

28. Ильинский И.И., Хаймзон М.Е. Анализ эксплуатационных повреждений деталей узлов трения авиационной техники. Ж. Ав. пром. 1990 г. № 2.

29. Иосилевич. Г.Б. Концентрация напряжений и деформаций в деталях машин. М. Маш. 1981 г. - 224 с.

30. Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. М. Маш. 1978 г. 213с.31.