Повышение качества поверхностного слоя изделий из титанового сплава методом ультразвуковой обработки

Харченко, Владислав Викторович

Автоматизация в машиностроении

автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.07, диссертация на тему:Повышение качества поверхностного слоя изделий из титанового сплава методом ультразвуковой обработки

кандидата технических наук: Харченко, Владислав Викторович
город: Москва
год: 2012
специальность ВАК РФ: 05.02.07

Диссертация по машиностроению и машиноведению на тему «Повышение качества поверхностного слоя изделий из титанового сплава методом ультразвуковой обработки»

Автореферат диссертации по теме "Повышение качества поверхностного слоя изделий из титанового сплава методом ультразвуковой обработки"

На правах рукописи

Харченко Владислав Викторович

ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА МЕТОДОМ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ

Специальность 05.02.07 «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки»

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 О ЯНВ 2013

Москва - 2012

005048258

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный индустриальный университет»

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Таратынов Олег Васильевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Говоров Игорь Витальевич

ООО «ЧТПЗ-Инжиниринг», директор департамента

кандидат технических наук, доцент Панин Павел Васильевич

ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, старший научный сотрудник

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»

Защита состоится «14» февраля 2013 года в 14:15 на заседании диссертационного совета Д 212.129.01 в Московском государственном индустриальном университете по адресу: 115280, Россия, Москва, ул. Автозаводская, д. 16, ауд. 1804. 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного индустриального университета.

Автореферат разослан «24» декабря 2012 года

Ученый секретарь диссертационного совета Иванов Юрий Сергеевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Повышение качества поверхностного слоя и эксплуатационных свойств деталей машин является актуальной проблемой технологии машиностроения, решение которой требует опережающего подхода в условиях быстрого технического развития и рыночной экономики, породившей острую конкуренцию среди производителей.

В процессе эксплуатации поверхность изделий, в том числе в летательных аппаратах, подвергается интенсивному износу и именно с неё в большинстве случаев начинается потеря служебного назначения по одному из эксплуатационных свойств - усталостная трещина, абразивный износ, коррозия и др.

При решении указанной проблемы в промышленности на завершающей стадии техпроцесса изготовления деталей применяют различные финишные методы технологического обеспечения качества поверхностного слоя - абразивную отделку, термическую закалку, нанесение покрытий, поверхностное легирование и пластическое деформирование. Для достижения максимального эффекта используют комбинированные методы обработки.

Преимущество технологии поверхностно-пластического деформирования (ППД) заключается в том, что благодаря пластическому течению металла деформированные выступы заполняют впадины профиля, увеличивая опорную длину и несущую способность поверхности. Радиус закругления вершин неровностей по сравнению с другими методами обработки имеет максимальное значение, что существенно сокращает период приработки и износ сопрягаемых поверхностей. Макроотклонения не исправляются ввиду упругого контакта инструмента и заготовки, а объем детали не изменяется. В результате деформации происходит формирование упрочнённого слоя с равномерным градиентом спада микротвердости, остаточных сжимающих напряжений и глубины наклёпа.

Изучению технологии ППД в отечественной науке в период 60-80-х годов XX века было посвящено большое количество работ. Значительных успехов в данной области достигли В.М. Браславский, И.В. Кудрявцев, А.И. Марков, И.И. Муханов, Л.Г. Одинцов, Д.Д. Папшев, В.В. Петросов, O.A. Розенберг, В.М. Смелянский, А.Г. Суслов, В.М. Торбило, Л.А. Хворостухин, Ю.В. Холопов, П.А. Чепа, Ю.Г. Шнейдер и др.

Ультразвуковая обработка (УЗО) представляет собой прогрессивную технологию финишной отделочно-упрочняющей обработки металлов давлением, позволяя заменить классические статические методы ППД по схемам качения и скольжения - накатывание и выглаживание. Отличительной особенностью УЗО является малая температура нагрева,

низкое статическое усилие и высокая скорость деформирования, благодаря чему данная технология позволяет обрабатывать как детали, обладающие невысокой конструктивной жесткостью, так и поверхности, подвергнутые закалке и отпуску. В результате воздействия ультразвуковых колебаний значительно снижается сопротивление металла пластической деформации.

В последние годы появилось большое количество работ, посвящённых изучению технологии УЗО, которые были направлены на совершенствование процесса обработки с целью технологического обеспечения качества поверхности и эксплуатационных свойств деталей машин. Среди них работы Ю.М. Боровина, КимЧангСика, Н.П. Коломееца, Ю.В. Никитина, З.В. Степчевой и ряда других авторов. Однако одним из недостатков указанных работ является отсутствие внимания вопросам повышения качества поверхностного слоя изделий из титановых сплавов, нашедших широкое применение в авиационной и космической отраслях промышленности. В частности, в Российской самолётостроительной корпорации «МиГ» существуют проблемы улучшения коррозионной стойкости и износостойкости поверхности ряда деталей, а также снижения их массы. Разработка технологии с использованием современных материалов, которая позволяет улучшить топографию поверхности, управлять её микротвёрдостью, остаточными напряжениями и глубиной наклёпа для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств изделий, является актуальной задачей.

Актуальность настоящей работы подтверждается также тем, что научные исследования по данной тематике проводились в рамках Аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» Министерства образования и науки Российской Федерации (темы РНП 6322 и 2.1.2/11022). Данному научному направлению и коллективу кафедры «Технология и металлорежущие системы автомобилестроения» Московского государственного индустриального университета в 2008 году указом Президента был присвоен статус ведущей научной школы России.

Цель работы

Целью настоящей диссертационной работы является повышение качества поверхностного слоя рабочего штока 5.12.5301.1006.98, изготавливаемого в ОАО «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ», методом ультразвукового поверхностно-пластического деформирования для обеспечения требуемой коррозионной стойкости и износостойкости.

Задачи исследования

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) Усовершенствовать математическую модель контактного взаимодействия инструмента с обрабатываемой поверхностью и получить аналитические уравнения для расчета силовых и кинематических параметров технологического процесса УЗО;

2) Провести экспериментальные исследования влияния различных технологических режимов обработки на состояние поверхностного слоя деталей из титанового сплава и проанализировать взаимную совместимость получаемых геометрических и физико-механических характеристик поверхности после УЗО;

3) Получить систему регрессионных уравнений, устанавливающих связь между параметрами обработки и геометрическими характеристиками поверхности, которые позволяют технологически управлять качеством выпускаемых изделий;

4) Разработать практические рекомендации по оптимизации технологии УЗО и ей внедрению в опытный технологический процесс производства штока 5.12.5301.1006.98 в ОАО «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ».

Объект исследования

Объектом проведения исследований является качество поверхностного слоя штока летательного аппарата 5.12.5301.1006.98, работающего в условиях трения с возможным попаданием на поверхность абразивных частиц при перепаде температур от -50°С до +50°С, который изготавливается в ОАО «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ».

Предмет исследования

Предметом исследований является теоретическое и экспериментальное изучение технологии ультразвуковой обработки изделий из титанового сплава ВТ6, закономерностей изменения геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя деталей, а также анализ их взаимной совместимости при различных технологических режимах УЗО.

Методы исследования

При постановке модельного эксперимента использовалась заготовка из титанового деформируемого сплава марки ВТ6, полученная путём отливки и подвергнутая горячей обработке давлением с последующим отжигом в верхнем температурном интервале (а+р)-области.

Предварительная чистовая лезвийная обработка перед операцией УЗО производилась на вертикально-фрезерном трёхкоординатном станке AGIE Mikron VCE-600 (Швейцария) твердосплавным инструментом Sandvik (Швеция), а формирование заготовок для микрошлифов осуществлялось на электроэрозионном вырезном станке AGIE Classic V2 (Швейцария).

Ультразвуковая обработка проводилась с помощью генератора ИЛ 10 - 0.63 (Россия), соединённого с колебательной системой, состоящей из магнитострикционного преобразователя, волновода-концентратора и акустической головки с впаянным твёрдосплавным индентором.

Обработка результатов эксперимента осуществлялась в лабораториях Московского государственного индустриального университета (ФГБОУ ВПО «МГИУ»), Московского авиационно-технологического института (ФГБОУ ВПО «МАТИ - РГТУ им. К.Э. Циолковского») и Московского института стали и сплавов (ФГАОУ ВПО «НИТУ МИСиС») на следующем оборудовании: цифровой профилометр Hommel Tester T8000-RC120-400 (Германия), универсальный цифровой твердомер Affri 251 VRSD (Италия), цифровой микротвердомер Affri DM8 (Италия), автоматический многофункциональный рентгеновский дифрактометр общего назначения ДРОН-7 (Россия), металлографический инвертированный оптический микроскоп Carl Zeiss Axio Observer.Alm (Германия), просвечивающий электронный микроскоп JEOL JEM-2100 (Япония).

Достоверность результатов

Результаты работы получены с использованием современного математического аппарата, вычислительных средств, достижений в области трибологии, материаловедения и технологии машиностроения, а также автоматизированного аналитического и метрологического оборудования, что подтверждает их объективность и достоверность.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту

1) Аналитические уравнения для расчёта давления в зоне контакта инструмента и заготовки, стойкости индентора, энергии деформирования шероховатости, степени перекрытия отпечатков от действия индентора и высоты выступов профиля обработанной поверхности с учётом степени перекрытия отпечатков, устанавливающие связь указанных величин с технологическими параметрами режима УЗО.

2) Система регрессионных уравнений для технологического управления качеством поверхностного слоя обрабатываемых изделий из титанового сплава ВТ6, устанавливающая связь режимов обработки с параметрами шероховатости профиля после УЗО.

3) Исследование взаимной совместимости геометрических (высотные и шаговые параметры шероховатости) и физико-механических (микротвёрдость, остаточные макронапряжения, глубина наклепа, плотность дислокаций) характеристик поверхностного слоя деталей после УЗО.

Практическая ценность

1) Разработан технологический процесс финишной ультразвуковой обработки поверхности штока 5.12.5301.1006.98 из титанового сплава ВТ6, изготавливаемого в ОАО «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ».

2) Разработан алгоритм оптимизации указанного технологического процесса с использованием полученных аналитических и регрессионных уравнений и выявленных эмпирических закономерностей.

Реализация результатов работы

Результаты диссертационной работы внедрены в опытный технологический процесс производства рабочего штока летательного аппарата 5.12.5301.1006.98 в ОАО «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ».

Апробация работы

Результаты работы доложены и обсуждены на трёх научно-практических конференциях:

- университетская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодая наука АФ - 2011» (Москва, МГИУ, 12-28 апреля 2011 г.);

- II Международная научно-практическая конференция «Итоги и перспективы интегрированной системы образования в высшей школе России: образование - наука -инновационная деятельность» в секции «Современные проблемы производства: прогрессивные технологии и материалы» (Москва, 26-28 октября 2011 г.);

- 14-я Международная научно-практическая конференция «Технологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика» в секции «Технологии упрочнения и восстановления физико-механических свойств поверхности» (Санкт-Петербург, 17-20 апреля 2012 г.).

Публикации

Результаты научных исследований опубликованы в 10 печатных работах, включая 2 статьи в сборниках международных научно-практических конференций и 4 статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объём работы

Настоящая работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы (150 наименований), приложений и содержит 250 страниц машинописного текста, в том числе 61 рисунок и 40 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы диссертации, определены направления исследования, сформулированы научная новизна и практическая ценность, приведены данные об апробации работы и публикациях, указаны сведения о структуре и объёме диссертации.

В первой главе рассмотрен механизм формирования упрочнённого поверхностного слоя при ППД, проведён сравнительный анализ различных методов отделочно-упрочняющей обработки (накатывания, алмазного выглаживания, дорнования, вибронакатывания и вибровыглаживания, чеканки, дробеструйной обработки) и их влияния на геометрические и физико-механические характеристики упрочнённого слоя, содержится литературный обзор на существующие работы по выбранной тематике. Отмечен весомый вклад в изучение и развитие перспективной технологии УЗО, который внесли современные исследователи Ю.М. Боровин, В.Ю. Борозна, А.Г. Бочкарёв, К.В.Зайцев, КимЧангСик, A.B. Кимстач, Д.П. Клочков, Н.П. Коломеец, Е.Е. Корниенко, И.О. Кудашева, Н.В. Лихобабина, О.Н. Нехорошков, Ю.В. Никитин, Н.С. Обловацкая, Г.А. Осипенкова, А.П. Петровский, A.C. Селиванов, Ю.С. Семёнова, С.Б. Скобелев, З.В. Степчева, A.C. Шинкарёв и др.

На основании проведённого литературного обзора был выявлен перечень проблем, решению которых не уделялось достаточного внимания, определены цели и задачи диссертационной работы, описаны объект, предмет и методы проведения теоретических и экспериментальных исследований.

Во второй главе проведены теоретические исследования технологического процесса ультразвуковой обработки.

Усовершенствована математическая модель контактного взаимодействия индентора с обрабатываемой поверхностью, в основу которой положена физическая картина дискретности пятна контакта (рис. 1):

1) в расчёт берётся динамическая составляющая процесса внедрения инструмента в заготовку, зависящая от частоты и амплитуды ультразвуковых колебаний, которые определяют скорость, силу, импульс и энергию внедрения индентора в поверхность металла;

2) учитывается взаимное перемещение заготовки и инструмента друг относительно друга в момент внедрения индентора, вследствие чего профиль отпечатка искажается, преобразуясь из окружности в эллипс;

3) рассматривается соотношение величины исходной шероховатости обрабатываемого профиля и глубины внедрения индентора, складывающейся из статической и динамической составляющих, которое определяет величину контактного сближения, оказывая влияние на фактическую площадь пятна контакта и значение получаемой шероховатости.

FcT+FflHH

Приняв за основу расчётов усовершенствованную математическую модель контактного взаимодействия индентора с обрабатываемой поверхностью и используя полученные ранее уравнения и гипотезы из известных работ Н.Б. Демкина, М.Н. Добычина, М.С. Дрозда, A.B. Киричека, B.C. Комбалова, И.В. Крагельского, М.М. Матлина, Н.М. Михина, Д.Д. Папшева, Э.В. Рыжова, Ю.И. Сидякина, В.М. Смелянского и А.Г. Суслова, были получены аналитические уравнения для расчёта контактного давления, стойкости инструмента, энергии деформирования, степени перекрытия отпечатков от действия индентора и высоты выступов профиля обработанной поверхности.

1. Аналитическое уравнение для расчёта давления в зоне контакта инструмента и заготовки при УЗО:

Р = -

^ст + ^ ' тш ' Л • / • 10"

1 Р К*°>

■Шг+~соу~со + со л—-\/<а • А 4

, ^ • тии • А- / ■ 10"

-(МПа)

2 ■к-Я„р-Щ ж-Я^-Щ-щ 2

2. Аналитическое уравнение для расчёта стойкости индентора с условием сохранения очага деформации 3-го вида при УЗО:

Кач ' (

Л,,

Кр исх + /Л ' Ку и

-1)

74 --10~3(час)

60-1„-Уа

3. Аналитическое уравнение для расчёта энергии, затрачиваемой на деформирование шероховатости профиля за одно внедрение инструмента при УЗО:

Едеф = - ■ п ■ • яп а + — • 10"3 + -

39,4 + -

tga

2-тш-А-/2-10~9

2 • ж ■ К„р ■ НД ж-К„р-НД-щ

4. Аналитические уравнения для расчёта степени перекрытия отпечатков от

действия индентора в направлении главного движения и движения подачи при УЗО:

"ал = (1 -

8,27 -V»

Д„„ -ша-/ + +1,33-Уед - 39,4 + ^

>8а V Ка

=) х 100%

"под =

(2-[^„-8^0; + — -10-3]-5об)-( tga

Д^т ог + ---10"3

2 4 2

- 1 /—г! я-Н„р-НД-пс

со + ин— ->/<а• Л ■ (---г-^-

4 Я -10-3

7(А + <а)

100%,

5. Аналитические уравнения для расчёта высоты выступов профиля обработанной поверхности с учётом степени перекрытия отпечатков в направлении главного движения и движения подачи при УЗО:

, - (К» ~

U3-К,,

- (Л„„ • sin а + —— • 10-3 + -tga

<s2

39,4 +

5,27-К.

RUH ■ sin «• / + ^ ■ 10"3 +1,33 • Va • 39,4 +

'S" V К

=)2)-103 +

vz исх npod

Fcm t 2-тт-А-/2-Ю~ 2-я--Rnp-im K-R„-m-nd

-)-103

(MKM)

В приведённых аналитических уравнениях используются следующие обозначения: /?„„ - радиус инструмента (мм); Кшг - радиус заготовки (мм); h и со - остаточная и упругая деформации заготовки и инструмента (мм), рассчитываются согласно формулам

М.С. Дрозда, М.М. Матлина и Ю.И. Сидякина h =_—_+ 2'm*><'Ä'f '10 и формуле

г-л-Я„р-Щ п • Rnp • НД • пд

Герца с = з— ; „рИ этом кш={\-£„)1(я-Еш),

\ 16

к1аг = (1 - м]а!)Цж ■ £иг), где цт и цтг - коэффициенты Пуассона инструмента и заготовки, Еи„ и Ещг - модули Юнга инструмента и заготовки (МПа); Fcm - сила статического прижима инструмента к заготовке (Н); R„p - приведённый радиус поверхностей контактирующих тел (мм), рассчитывается как • RUH / (Ншг + Rm); НД - пластическая твёрдость (МПа), рассчитывается как (HB / 1,96)U236 = (HV I 1,96)''1236, т.к. HB ~ HV до ~ 5000 МПа, где HB и HV - твёрдость по Бринеллю и Виккерсу (МПа); тин - масса инструмента, обычно складывающаяся из масс непосредственно индентора и жёстко закреплённого с ним волновода-концентратора (г); А - амплитуда ультразвуковых колебаний (мкм); / - частота ультразвуковых колебаний (Гц); п„ - динамический коэффициент пластической твёрдости, равен 0,5-(1 -137 • У/НД + ^\ + 2250-V/НД), где скорость внедрения V = 2 A f l(T6 (м/сек); Rzucx - исходная шероховатость поверхности (мкм); R„a4 - начальный радиус инструмента до наступления износа (мм); Rpuac - исходная высота сглаживания выступов профиля (мкм);

2-щ„„-Л-/2-1(Г' K-R„„-HM-nd

-)-103

(мкм)

Яуисх - исходная глубина сглаживания впадин профиля (мкм); //, - интенсивность линейного изнашивания, определяемая эмпирически для данной пары материалов инструмента и заготовки при заданном технологическом режиме обработки (статической силе, скорости и ДР-); У а - скорость главного движения (м/мин); а - угол внедрения инструмента в заготовку при статическом прижиме, определяемый эмпирически и зависящий от силы, а также от геометрических и физико-механических параметров инструмента и заготовки, на практике составляет порядка 3...70; Боб - величина оборотной подачи (мм/об); 1Р - коэффициент заполнения профиля на уровне глубины внедрения индентора (%); от - предел текучести обрабатываемого материала (МПа).

Граничные условия для соблюдения необходимой степени перекрытия отпечатков в направлениях главного движения и движения подачи при токарной схеме обработки с учётом определяемого эмпирически угла внедрения индентора в обрабатываемую поверхность выглядят следующим образом:

У„ < 0,1 • / ■ (Л,„ • вш а + — ■ 10"3) (м / мин)

8о6<Яин5та + — Л0-\мм/о&)

При этом следует иметь ввиду, что снижение величин указанных параметров в исследованном технологическом диапазоне приводит к одновременному улучшению как геометрических, так и физико-механических характеристик поверхности. Нижний предел ограничивается требуемой производительностью процесса обработки.

Коэффициент обработанности поверхности рассчитывается следующим образом:

к = 0,06--—— (ударов! мм2).

$об ' У а

Расчёты, проведённые с использованием полученных аналитических уравнений, показали адекватность предложенной математической модели и удовлетворительную сходимость теоретических и эмпирических значений указанных параметров. По сравнению с ранее выполненными работами предложенный подход обеспечивает возможность теоретического расчёта параметров процесса УЗО с минимальными погрешностями, что позволяет технологически управлять качеством выпускаемых изделий.

В третьей главе приведено описание технологии, оборудования и методов проведения экспериментальных исследований.

Для изучения влияния технологических режимов УЗО на геометрические и физико-механические характеристики поверхностного слоя изделий из титанового сплава ВТ6 были

проведены исследования по методике классического эксперимента (табл. 1) со статистической обработкой результатов по модели полного двухфакторного эксперимента N = 22 (табл. 2 и 3).

Табл. 1 «Величины технологических параметров режима обработки»

Параметр Значение

Мощность генератора Мвь„ / Мп<лр 630 Вт/800 Вт

Частота ультразвуковых колебаний/ 20 кГц

Амплитуда ультразвуковых колебаний А 10 мкм

Радиус бочкообразного индентора Яинд 12 мм

Величина поперечной подачи 8ПОп 0,05 мм/шаг

Сила статического прижима Рст 50, 75, 100, 125, 150 Н

Скорость продольной подачи Бпрод 180, 225, 270, 315,360 мм/мин

Табл. 2 «Матрица модели полного двухфакторного эксперимента»

№ опыта X, х2

1 -1 -1

2 -1 +1

3 +1 -1

4 +1 +1

Табл. 3 «Величины входных факторов на верхнем и нижнем уровнях»

Факторы Уровень

Верхний (+1) Нижний (-1)

Рст (Н) 150 50

Snpoa (мм/мин) 360 180

Частота и амплитуда колебаний индентора задавались с помощью ультразвукового генератора, а сила статического прижима (согласно показаниям динамометра), скорость продольной и величина поперечной подачи - посредством устройства ЧПУ металлорежущего станка, на котором была закреплена ультразвуковая колебательная система. При этом Рст определяло глубину упрочнения, а Б^д (совместно с Рст) - степень упрочнения. Исходя из соотношения 5прод и 5П0П количество ударов индентора на 1 мм составляло 66'000...132'000 штук.

Для исследования микрогеометрии поверхности использовался способ контактного профилометрирования, а для изучения физико-механических свойств - методы вдавливания индентора, оптической и просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновской дифрактометрии. При исследовании физики твёрдого тела из заготовки были вырезаны и

подготовлены горизонтальные и поперечные микрошлифы посредством шлифования, полирования, электролитической полировки и химического травления, а также изготовлены тонкие фольги путём химического растворения, электрополировки и бомбардировки ионами.

Для изучения влияния технологических режимов УЗО на геометрические характеристики поверхности (шероховатость и волнистость) были обработаны результаты всего плана эксперимента (№1...25), а на физико-механические характеристики (микротвёрдость, остаточные макронапряжения, глубина наклёпа, плотность дислокаций) -нижнее, центральное и верхнее значения плана (№1 - FCT = 50 H и S„p(u = 360 мм/мин, №13 - Fer = 100 H и Snpo;, = 270 мм/мин, №25 - F^ = 150 H и Snp« = 180 мм/мин), которым соответствуют слабая, средняя и сильная степень наклёпа. При этом во всех случаях полученные данные сравнивались с исходным образцом.

Для обработки результатов по модели полного двухфакторного эксперимента использовался математическо-статистический метод множественной линейной регрессии. Для проведения регрессионного и корреляционного анализов было задействовано программное приложение Microsoft Excel. При этом регрессионный анализ включал в себя регрессионную статистику и дисперсионный анализ.

При проведении экспериментальных исследований в качестве образца использовалась заготовка-плита из деформируемого титанового сплава марки ВТ6 с гетерогенной структурой. Фазовый состав представлен сх-фазой с ГПУ-решёткой (порядка 90% объёма) и ß-фазой с ОЦК-решёткой (не более 10%). Структура образца соответствует отожженному состоянию. По морфологии её можно отнести к дуплексной (бимодальной), поскольку а-фаза представлена двумя структурными составляющими - глобулярными частицами и пластинами. Формирование хорошо проработанной по сечению структуры свидетельствует о том, что исходный слиток был подвергнут горячей обработке давлением с последующим отжигом в верхнем температурном интервале (с^)-области.

Сплавы типа ВТ6 (Ti—6А1—4V) мартенситного (а+Р)-класса относятся к числу наиболее распространённых за рубежом. Около 50% используемых в авиакосмической промышленности титановых сплавов приходится именно на сплав ВТ6. Столь широкое применение данного сплава объясняется его удачным легированием. Алюминий (а-стабилизатор) в сплавах системы Ti-Al-V повышает прочностные и жаропрочные свойства, а ванадий (ß-стабилизатор) относится к числу тех немногих легирующих элементов в титане, которые улучшают не только прочность, но и пластичность за счёт образования ß-фазы. В связи с этим сплав ВТ6 обладает высокой коррозионной стойкостью, хорошими технологическими свойствами с достаточным ресурсом пластичности, большой циклической прочностью, высокой ударной вязкостью, лёгкой свариваемостью и низкой

теплопроводностью. Позднее разработанные титановые сплавы превосходят ВТ6 либо по уровню прочности или пластичности, либо по характеристикам жаропрочности или вязкости разрушения, но ни один из них не имеет столь сбалансированных физико-механических свойств (табл. 4 и 5).

Табл. 4 «Механические свойства титанового сплава ВТ6 при Т = 20°С»

Сортамент о», МПа От, МПа оя, МПа 5,% Ч/,% КСи, кДж/м2 Термообработка

Штамповка 1100 1000 570 10-13 35-60 400-800 Отжиг

Табл. 5 «Химический состав титанового сплава ВТ6 (%)»

Т1 А1 V Ре Ъх О 51 С N Н Примеси

86.5-91.2 5.3-6.8 3.5-5.3 до 0.3 до 0.3 до 0.2 до 0.15 ДО 0.1 до 0.05 до 0.015 до 0.3

В четвёртой главе приведены результаты экспериментальных исследований состояния поверхностного слоя деталей из титанового сплава ВТб после ультразвуковой обработки.

Исходные геометрические показатели качества поверхности на базовой длине / = 2,5 мм имели следующие значения (рис. 2):

-высотные параметры шероховатости Каисх = 0,41 мкм, Я/исх = 3,28 мкм, Ктах исх = 4,08 МКМ, Я,, цех = 0,55 МКМ, Яр „сх = 1,50 МКМ, Ил исх = 1,78 мкм;

- шаговые параметры шероховатости 5т „сх = 0,1275 мм, 1т исх = 50%;

- общая высота волнистости профиля \У1исх = 1,18 мкм.

2.5

0.0

-2.5

мкм

Рис. 2. Исходная шероховатость поверхности заготовки из титанового сплава ВТб

Исходные физико-механические показатели качества поверхностного слоя имели следующие значения:

- твёрдость НКВИСХ = 106;

1 |

\ ! а 4. ! у , А Й 1 н. ЛЛ \

'Л' '' ( ' * И" Г v ! 1 тк М : 'Г: ' г ■ ' " 1 V ! 1 1= V,/ : <! >; * ' '' И:

1 ' 1 ' 1

11а = 0,41 мкм Яг = 3,28 мкм Ямах = 4,08 мкм 5га = 0,1275 мм

- микротвёрдость НУига = 540;

- остаточные макронапряжения а'жт „сх = -90 МПа;

- плотность дислокаций р0исх ~ 5x10й см"2;

- размер частиц (в фольгах толщиной 100 нм) с1„Сх ~ 200 нм.

После обработки образцов на указанных режимах УЗО (табл. 1) высотные параметры шероховатости поверхности снизились в среднем 2...4 раза, средний шаг неровностей профиля Эщ уменьшился в 3,4...5,8 раз, относительная опорная длина и увеличилась в 1,1...1,9 раз, а волнистость уменьшилась в 1,2...3,2 раза (на 20 из 25 обработанных дорожек), достигнув следующих значений (рис. 3):

-высотные параметры шероховатости 11а = 0,10...0,20 мкм, Яг= 0,88... 1,68 мкм, йтах = 1,13...2,82 мкм, Я, = 0,15...0,30 мкм, Яр = 0,38... 1,06 мкм, Яу = 0,50...0,84 мкм;

- шаговые параметры шероховатости 8т = 0,0221... 0,0375 мм, ^ = 55...95%;

- общая высота волнистости профиля = 0,37... 1,35 мкм.

2.0

0.0

-2.0

мкм

Рис. 3. Шероховатость поверхности обработанного образца при Fcm = 50 Ни Snpoà = ISO мм/мин

Путём использования метода множественной линейной регрессии с помощью программного приложения Microsoft Excel были получены математические зависимости, устанавливающие связь между входными (технологическими) и выходными (геометрическими) параметрами УЗО, позволяющие прогнозировать высотный и шаговые значения неровностей профиля обработанной поверхности в исследуемом диапазоне режимов обработки:

Ra = 0,03 + 4,5 х 10"4 х Fcm + 3 х 10"4 х Snpoà (мкм);

Sm = 0,01 + 7,5x10"5 х Fcm +4,3х10~5 х Snpoà (мм); tm=\21,5-0,n5xFcm-0,l5xS„poà (%);

А « .AWV i . 1 ^ . Hu . J «. .л.

' 'fj 4 *> ' и

Ra = 0,10 мкм Rz = 0,88 мкм Rmax= 1,44 мкм Sm = 0,0260 мм

где - среднее арифметическое отклонение профиля (мкм); - средний шаг неровностей профиля (мм); ¡т - относительная опорная длина профиля на уровне средней линии (%); Рст - сила статического прижима инструмента к заготовке (Н); 8пр0д - скорость продольной подачи (мм/мин).

На основании сопоставления экспериментальных и расчётных данных были получены регрессионные зависимости, отражающие закономерность изменения параметров шероховатости поверхности в зависимости от выбранного режима обработки (рис. 4-6).

Ка - {(Рст.Бирал)

270

Snpoй (мм/мин)

Рис. 4. График зависимости средней шероховатости Ra (мкм) от скорости подачи Snpod — 180...360 (мм/мии) при различных значениях силы статического прижима инструмента к заготовке Fcm = 50... 150 (Н)

Sm= f (FcT.Snpofl)

270

Snрод (мм/мин)

Рис. 5. График зависимости среднего шага неровностей профиля Sm (мм) от скорости подачи Snpoö = 180 . . . 360 (мм/мин) при различных значениях силы статического прижима инструмента к заготовке Fcm = 50... 150 (Н)

tm = f (FcT.Snpofl}

□

Fcr

~«~5CH H

——100H —125H

SnpOA (мм/мин)

Рис. 6. График зависимости относительной опорной длины профиля tm (%) от скорости подачи Snpaj = 180.. . 360 (мм/мин) при различных значениях силы статического прижима инструмента к заготовке Fe, = 50... 150 (Н)

После обработки заготовки на указанных режимах УЗО у образцов №1 (слабый наклёп), №13 (средний наклёп) и №25 (сильный наклёп) твёрдость поверхности HRB повысилась на 2...4 единицы, микротвёрдость HV на 20... 110 единиц, уровень остаточных сжимающих макронапряжений а'0ст вырос в 6...8,3 раза, плотность дислокаций ро увеличилась в 9,4... 19,6 раз (рис. 7-11):

- твёрдость HRB = 108... 110;

- микротвёрдость HV = 560...650;

- остаточные макронапряжения с'ост = -540... - 7 5 0 МПа;

- плотность дислокаций ро ~ 4,7...9,8x1012 см"2;

- глубина наклёпа h„ = 60... 160 мкм;

- размер частиц (в фольгах толщиной 100 нм) d = 50... 100 нм.

Рис. 7. Макроструктура топографии поверхности титанового сплава ВТ6 после чистового фрезерования и УЗО (*4 на поверхности)

Рис. 8. Микроструктура поверхностного слоя титанового сплава ВТб до и после УЗО

(х280 по глубине)

К Г/. 'Г** • г и - ГХЙВаР* Мй аг ИНвэ 2

¡¡рШГ¿ТМИ1;'' 1 ' зЯКмга! чяНИ . дВИ

Рис. 9. Наноструктура приповерхностного слоя (толщина 100 нм) титанового сплава ВТб до и после УЗО (х235000 на поверхности)

НУ = Г (И)

Глубина от поверхности И, мкм

Рис. 10. Аппроксимированная зависимость изменения микротвёрдости НУ (кгс/мм2) поверхностного слоя титанового сплава ВТб по глубине к (мкм)

аост=£С0

Глубина от поверхности Ь, мкм Рис. 11. Эпюра распределения величины остаточных макронапряжений & ост(МТ1а) поверхностного слоя титанового сплава ВТб по глубине И (мкм) в результате послойного

анализа

В приповерхностном слое толщиной -100 нм при исходном размере частиц ¿исх ~ 200 (нм) в результате пластического деформирования средний размер наночастиц уменьшился в 2...4 раза, достигнув значений <1 = 50... 100 (нм). Анализируя представленные данные можно сделать вывод, что плотность дислокаций возрастает, а размеры частиц уменьшаются при увеличении силы статического прижима инструмента к заготовке и уменьшении скорости продольной подачи.

Была установлена закономерность снижения параметров шероховатости при уменьшении силы статического прижима инструмента к заготовке и скорости продольной подачи, которая имеет характер, близкий к линейному (рис. 4-6). При увеличении силы статического прижима и уменьшении скорости подачи наблюдается закономерность повышения глубины наклёпа, микротвёрдости, остаточных сжимающих макронапряжений и плотности дислокаций. При этом в первом случае изменение носит линейный характер, во | втором - близкий к параболическому, а в третьем и четвёртом - строго выраженный логарифмический (рис. 12).

Рис. 12. Взаимная совместимость глубины наклёпа, микротвёрдости, остаточных сжгшающих макронапряжений и плотности дислокаций в поверхностном слое титанового сплава ВТб при различных режимах УЗО 21

После оценки результатов экспериментальных исследований на основании данных литературного обзора был проведён сравнительный анализ повышения качества поверхностного слоя изделий из титанового сплава классическими методами ППД с технологией УЗО. В результате было установлено очевидное преимущество ультразвуковой обработки, поскольку накатывание не позволяет добиться наименьшего значения шероховатости поверхности титановых сплавов, а выглаживание неприменимо ввиду адгезионного налипания частиц титана на алмаз.

На основании результатов проведённых теоретических и экспериментальных исследований был разработан алгоритм оптимизации технологического процесса ультразвуковой обработки с использованием полученных аналитических и регрессионных уравнений и выявленных эмпирических закономерностей. В общем виде он заключается в следующем: после чистовой лезвийной или абразивной обработки заготовки определяются исходные значения шероховатости Яги„ и твёрдости НВиа или НУисх (МПа), затем инженером-технологом назначаются параметры процесса УЗО, обеспечивающие упрочняющий режим обработки (3-ст < р < НВисх или НУиа) с формированием очага деформации 3-го вида (Итах/ Ягиа~ 1)- Исходя из обозначенных граничных условий степени перекрытия отпечатков от действия индентора, производительности процесса и необходимой степени упрочнения выбираются скорость главного движения и величина подачи. Для обработки изделий из титанового сплава ВТ6 с НгиСх < 5 мкм возможно использование полученных регрессионных уравнений. Таким образом, назначенный режим УЗО будет научно обоснован и позволит достичь наилучших значений геометрических и физико-механических характеристик поверхности.

Используя полученные знания и опыт при проведении теоретических и экспериментальных исследований в рамках выполнения совместной научно-исследовательской работы ФГБОУ ВПО «МГИУ» и ОАО «РСК «МиГ» была разработана, опробована и внедрена в опытное производство технология финишной обработки штока 5.12.5301.1006.98 при варианте его изготовления из титанового сплава ВТ6 методом ультразвукового поверхностно-пластического деформирования. Применение настоящей технологии позволяет улучшить значения шероховатости, микротвердости, остаточных сжимающих напряжений и глубины наклёпа по сравнению с операцией суперфиниширования оригинального техпроцесса при обеспечении требуемых эксплуатационных свойств. Эксплуатационные испытания обработанной детали проводились самостоятельно специалистами ОАО «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ» и их результаты не подлежат разглашению.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В рамках настоящей диссертационной работы была решена важная научно-практическая задача повышения качества поверхностного слоя рабочего штока летательного аппарата 5.12.5301.1006.98, изготавливаемого в ОАО «Российская самолетостроительная корпорация «МиГ», для обеспечения требуемой коррозионной стойкости и износостойкости.

Для реализации поставленной цели были проведены многосторонние теоретические и экспериментальные исследования по изучению влияния технологии ультразвукового поверхностно-пластического деформирования на состояние поверхностного слоя изделий из титанового сплава ВТ6:

1) В результате проведения теоретических исследований была усовершенствована математическая модель контактного взаимодействия индентора с обрабатываемой поверхностью и получен ряд аналитических уравнений для расчета силовых и кинематических параметров процесса обработки;

2) В результате проведения экспериментальных исследований было установлено влияние режимов ультразвуковой обработки на параметры качества поверхностного слоя деталей из титанового сплава, впервые проанализирована взаимная совместимость получаемых геометрических и физико-механических характеристик и получен ряд регрессионных уравнений для технологического управления качеством выпускаемых изделий;

3) При проведении сравнительного анализа отделочно-упрочняющих методов технологического обеспечения качества поверхностного слоя изделий из титановых сплавов было установлено преимущество ультразвуковой обработки перед накатыванием и выглаживанием;

4) Используя полученные аналитические и регрессионные уравнения и выявленные эмпирические закономерности были разработаны практические рекомендации по оптимизации технологического процесса УЗО;

5) В рамках реализации результатов исследований был разработан, опробован и внедрён в опытное производство ОАО «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ» технологический процесс ультразвуковой обработки поверхности рабочего штока 5.12.5301.1006.98 при варианте его изготовления из титанового сплава ВТ6, позволяющий обеспечить требуемые значения эксплуатационных свойств.

ПУБЛИКАЦИИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ

1. Таратынов О.В., Порошин В.В., Харченко В.В. Ультразвуковая обработка как прогрессивная технология финишной обработки материалов // Итоги и перспективы интегрированной системы образования в высшей школе России: образование - наука -инновационная деятельность: Труды конференции / Под редакцией проф. Л.В. Кожитова. -М.: МГИУ, 2011. - С. 493-495.

2. Таратынов О.В., Порошин В.В., Харченко В.В. Расчёт давления в зоне контакта инструмента и заготовки при ультразвуковой обработке // Технология, экономика и организация производства технических систем: межвузовский сборник научных трудов / Под редакцией О.В. Таратынова, Е.А. Резчикова- М.: МГИУ, 2012. - С. 60-66.

3. Таратынов О.В., Порошин В.В., Харченко В.В. Расчёт энергии, затрачиваемой на деформирование металла при ультразвуковой обработке // Технология, экономика и организация производства технических систем: межвузовский сборник научных трудов / Под редакцией О.В. Таратынова, Е.А. Резчикова- М.: МГИУ, 2012. - С. 66-75.

4. Харченко В.В. Расчёт степени перекрытия отпечатков от действия индентора при ультразвуковой обработке // Технология, экономика и организация производства технических систем: межвузовский сборник научных трудов / Под редакцией О.В. Таратынова, Е.А. Резчикова- М.: МГИУ, 2012. - С. 214-222.

5. Таратынов О.В., Порошин В.В., Харченко В.В. Расчёт высоты выступов профиля обработанной поверхности с учётом степени перекрытия отпечатков индентора при ультразвуковой обработке // СТИН, 2012. - № 6. - С. 30-35.

6. Таратынов О.В., Боровин Ю.М., Харченко В.В. Улучшение микрогеометрии поверхностного слоя изделий из титанового сплава методом ультразвуковой обработки // Вестник МГТУ «СТАНКИН», 2012. - № 1 (18). - С. 44-47.

7. Таратынов О.В., Харченко В.В., Корнеев Д.В. Улучшение физико-механических характеристик поверхностного слоя изделий из титанового сплава методом ультразвуковой обработки // Технологии упрочнения, нанесения покрытий и ремонта: теория и практика: В 2 ч. Часть 1: Материалы 14-й Международной научно-практической конференции / Под редакцией H.A. Соснина и П.А. Тополянского. - СПб.: Издательство Политехнического университета, 2012. - С. 386-392.

8. Таратынов О.В., Харченко В.В., Корнеев Д.В. Анализ взаимной совместимости геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя изделий из титанового сплава после ультразвуковой обработки // Известия МГТУ «МАМИ», 2012. -№1(13).-С. 211-218.

9. Таратынов О.В., Порошин В.В., Харченко В.В. Повышение качества поверхностного слоя изделий из титанового сплава методом ультразвуковой обработки // Наукоёмкие технологии в машиностроении, 2012. - № 10. - С. 13-19.

10. O.V. Taratynov, V.V. Poroshin, V.V. Kharchenko. Calculations of machined surface's profile peaks height with an allowance for indentor imprints overlapping degree under ultrasonic machining// Russian Engineering Research, 2013. - V. 33. -№ 1.

Подписано в печать: 17.12.2012 Объем: 1,0усл.п.л. Тираж: 100 экз. Заказ № 853 Отпечатано в типографии «Реглет» 119526, г. Москва, ул. Рождественка, д. 5/7, стр. 1 (495) 623-93-06; www.reglet.ru

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Харченко, Владислав Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ ПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ.

§1.1. Механизм формирования упрочнённого слоя при поверхностном пластическом деформировании.

§1.2. Сравнительный анализ методов поверхностно-пластического деформирования и их влияние на геометрические и физико-механические характеристики упрочнённого слоя.

§1.3. Состояние вопроса технологического обеспечения качества поверхности деталей методом ультразвуковой обработки.

§ 1.4. Выводы по литературному обзору. Постановка цели и задач исследования.

ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ.

§2.1. Расчёт давления в зоне контакта инструмента и заготовки и стойкости индентора при ультразвуковой обработке.

§2.2. Расчёт энергии, затрачиваемой на деформирование металла при ультразвуковой обработке.•.

§2.3. Расчёт степени перекрытия отпечатков от действия индентора при ультразвуковой обработке.

§2.4. Расчёт высоты выступов профиля обработанной поверхности с учётом степени перекрытия отпечатков от действия индентора при ультразвуковой обработке.

ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДЫ

ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

§3.1. Принцип работы и составные части ультразвуковой установки.

§3.2. Входные и выходные параметры, определяющие качество поверхностного слоя деталей после обработки.

§3.3. Методика планирования эксперимента и описание исследуемых образцов.

§3.4. Оборудование и методы измерения геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя деталей.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА ПОСЛЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ.

§4.1. Исследование влияния режимов ультразвуковой обработки на величину шероховатости поверхности деталей.

§4.2. Исследование влияния режимов ультразвуковой обработки на величину волнистости поверхности деталей.

§4.3. Исследование влияния режимов ультразвуковой обработки на величину твёрдости и микротвёрдости поверхностного слоя деталей.

§4.4. Исследование влияния режимов ультразвуковой обработки на величину остаточных макронапряжений поверхностного слоя деталей.

§4.5. Исследование влияния режимов ультразвуковой обработки на изменение макро-, микро- и наноструктуры металла и плотности дислокаций поверхностного слоя деталей.

§4.6. Анализ взаимной совместимости геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя деталей после ультразвуковой обработки.

Введение 2012 год, диссертация по машиностроению и машиноведению, Харченко, Владислав Викторович

Актуальность темы

Поверхностный слой представляет собой наружную часть изделия с изменёнными по сравнению с основным металлом структурой и составом. В процессе эксплуатации он подвергается интенсивному износу и именно с него в большинстве случаев начинается потеря служебного назначения и разрушение детали (усталостная трещина, абразивный износ, коррозия и др.).

В поверхностном слое выделяют 4 зоны (рис.1 [1,2,3]): адсорбированную зону (взаимодействие с молекулами и атомами жидкости из окружающей среды, толщина 1.100 нм), оксидную зону (химическое взаимодействие с окружающей средой, толщина 1. 1 ООО нм), граничную зону (отличная от других зон структура, толщина несколько межатомных расстояний) и деформированную зону (сильно изменённые структура и фазовый состав, толщина 10.1000 мкм) [1, 2, 3].

Рис. 1. Структура поверхностного слоя детали: 1 - адсорбированная зона, 2 - оксидная зона, 3 - граничная зона, 4 - деформированная зона,

5 - основной металл

Качество поверхностного слоя представляет собой интегральную характеристику, включающую микрогеометрию (шероховатость и волнистость), механическое состояние (пластическая деформация и остаточные напряжения), физическое состояние (кристаллическая структура и фазовый состав) и химический состав (концентрация элементов сплава и степень взаимодействия его компонентов) [1, 4, 5].

К эксплуатационным свойствам деталей относятся прочность, износостойкость, контактная жёсткость, усталостная выносливость, коррозионная стойкость, герметичность соединений, коэффициент трения и др. Каждое эксплуатационное свойство обеспечивается определённым набором параметров состояния поверхностного слоя. Потеря работоспособности изделий всегда происходит по одному из указанных свойств [4, 5].

Повышение качества поверхности и эксплуатационных свойств деталей машин является актуальной проблемой технологии машиностроения, решение которой требует опережающего подхода в условиях быстрого технического развития и рыночной экономики, породившей острую конкуренцию среди производителей.

При решении поставленной задачи в промышленности на завершающей стадии техпроцесса изготовления детали применяют различные финишные методы технологического обеспечения качества поверхностного слоя -абразивную отделку, термическую закалку, нанесение покрытий, поверхностное легирование и пластическое деформирование. Для достижения максимального эффекта упрочнения используют комбинированные методы обработки [2, 4, 5, 6].

Абразивные отделочные методы (тонкое шлифование, полирование, хонингование и суперфиниширование) в ряде случаев обеспечивают минимальное значение высотных параметров шероховатости поверхности за счёт срезания выступов неровностей. Однако шаговые параметры практически не изменяются, поскольку впадины не заполняются металлом и относительная опорная длина профиля не увеличивается. Поэтому несущая способность поверхности, как правило, остаётся неизменной, что оказывает негативное влияние на контактную жёсткость, период приработки и изнашивание фрикционных пар. Кроме того, получаемые глубина и степень упрочнения уступают аналогичным параметрам после поверхностно-пластического деформирования (ППД), а остаточные напряжения могут формироваться с положительным знаком ввиду высокого нагрева поверхности в процессе обработки [7].

Поверхностная термическая закалка (токами высокой частоты, плазменным нагревом, лазером, электронными лучами и др.) по сравнению с методами ППД позволяет добиться большей глубины и максимально возможной микротвёрдости поверхностного слоя, однако её главным недостатком является неравномерность изменения физико-механических свойств и резкий переход от упрочнённой области к основному незакалённому металлу, что оказывает негативное влияние на циклическую прочность деталей [2, 7].

Нанесение покрытий (наплавкой, металлизацией, плакированием, эмалированием, газотермическим напылением, физическим или химическим осаждением и др.) позволяет создать на поверхности детали тонкий слой другого химического состава, обладающий повышенной твёрдостью, износостойкостью и сниженным коэффициентом трения. Поверхность металла необходимо подготовить перед нанесением покрытия, обеспечив ей оптимальную шероховатость. Возможно также предварительное напыление подслоя с высокими адгезионными свойствами. Вследствие резкой границы между основным металлом и покрытием главным недостатком данной технологии является растрескивание, фрагментация и отслоение частиц в процессе эксплуатации. Кроме того, в поверхностном слое формируются остаточные растягивающие напряжения, значительно снижающие циклическую прочность, а из-за ухудшения микрогеометрии требуется последующая механическая обработка [2].

Поверхностное легирование (азотирование, алитирование, борирование, кадмирование, никелирование, силицирование, фосфатирование, хромирование, цементация, цианирование, цинкование и др.) позволяет получить детали с антифрикционной, износостойкой и коррозионно-устойчивой приповерхностной зоной. На поверхности основного металла образуется тонкий диффузионный слой модифицированного химического состава с резко отличающимися физико-механическими характеристиками, благодаря чему многократно повышается микротвёрдость и при неизменной исходной шероховатости снижаются коэффициент трения, интенсивность изнашивания и химическая активность деталей. Легирование поверхностного слоя абсорбированными элементами осуществляется посредством химико-термической обработки, ионной имплантации, микродугового оксидирования, электронно-лучевых, электроискровых, лазерных и плазменных методов. Главными недостатками по сравнению с методами ППД являются низкая производительность процесса диффузионного насыщения, отсутствие улучшения топографии поверхности, а также получение в отдельных случаях малой толщины легированного слоя с возможностью образования остаточных растягивающих напряжений [2, 8].

Поверхностно-пластическое деформирование (накатывание, алмазное выглаживание, дорнование, дробеструйная обработка, ультразвуковая обработка, чеканка, галтовка и др.) в зависимости от соотношения контактного давления и предела текучести материала подразделяется на отделочную (р< 1,5- ах), отделочно-упрочняющую (1,5 • ст < р < 3 • от) и упрочняющую (р>3-оТ) обработку. Изменяя давление, инженер-технолог обеспечивает требуемую глубину внедрения индентора в профиль обрабатываемой поверхности, которая выбирается с учётом высоты исходной шероховатости ^ и определяет один из четырёх возможных видов очага деформации (ОД). Преимущество методов ППД заключается в том, что благодаря пластическому течению металла деформированные выступы заполняют впадины профиля, увеличивая опорную длину и несущую способность поверхности. Радиус закругления вершин неровностей по сравнению с другими методами обработки имеет максимальное значение, что существенно сокращает период приработки и износ сопрягаемых поверхностей. Макроотклонения не исправляются ввиду упругого контакта инструмента и заготовки, а объём детали не изменяется. В результате деформации происходит формирование упрочнённого слоя с равномерным градиентом спада микротвёрдости, остаточных сжимающих напряжений и глубины наклёпа. В случае использования комбинированных методов технологического обеспечения качества поверхностного слоя поверхностно-пластическое деформирование является, как правило, завершающей операцией технологического процесса [1, 2, 4, 7, 8].

Ультразвуковая обработка (УЗО) представляет собой прогрессивную технологию финишной отделочно-упрочняющей обработки металлов давлением, позволяя заменить классические статические методы ППД по схемам качения и скольжения - накатывание и выглаживание. В результате воздействия ультразвуковых колебаний значительно снижается сопротивление металла пластической деформации.

Отличительной особенностью ультразвуковой обработки является малая температура нагрева, низкое статическое усилие и высокая скорость деформирования, благодаря чему данная технология позволяет обрабатывать как детали, обладающие невысокой конструктивной жёсткостью, так и поверхности, подвергнутые закалке и отпуску. Предварительное статическое нагружение осуществляется для обеспечения неразрывного контакта инструмента с заготовкой и исчерпания упругой деформации металла с целыо передачи энергии удара на пластическую деформацию.

Ультразвуковая обработка производится за счёт динамического импульсного внедрения твёрдосплавного индентора в поверхностный слой обрабатываемой детали. Данный процесс описывается скоростью, силой, импульсом и энергией удара и зависит от частоты и амплитуды ультразвуковых колебаний, а также от массы колеблющегося инструмента. Деформация поверхностного слоя приводит к пластическому смятию микронеровностей и образованию наклёпа, вследствие чего снижается шероховатость, увеличивается микротвёрдость, образуются остаточные сжимающие напряжения, уплотняется микроструктура, внутри зёрен повышается плотность дислокаций, а в тонком приповерхностном слое формируется наноструктура.

Кроме того, при определённой кинематике процесса УЗО отпечатки от действия индентора оставляют на обработанной поверхности регулярный маслоёмкий рельеф, служащий для сохранения наносимых смазок и собирающий появляющиеся в процессе эксплуатации продукты износа.

При выборе данной технологии отсутствует необходимость в использовании специализированных доводочных станков как в случае применения абразивных методов отделочной обработки. Завершающая стадия техпроцесса представляет собой единственную операцию на том же станке (токарном или фрезерном), где ранее проводилась механическая лезвийная обработка заготовки. Благодаря этому УЗО позволяет получать изделия с высоким качеством поверхностного слоя и связанными с ним эксплуатационными свойствами деталей машин при сокращении временных и материальных затрат.

Таким образом, ультразвуковая обработка представляет собой технологически простую, относительно производительную и крайне эффективную финишную операцию по улучшению качества поверхностного слоя деталей и является перспективным методом ППД, имеющим большой потенциал и резервы изучения.

По сравнению с классическими отделочными операциями УЗО имеет ряд отличительных особенностей, выделяющих её как передовую энергосберегающую технологию:

1) уменьшение энергозатрат в процессе обработки за счёт замены традиционных статических деформирующих методов высокоскоростным динамическим внедрением, сокращающим время технологической операции;

2) экономия энергоресурсов в процессе эксплуатации в результате повышения эксплуатационных свойств изделий благодаря достижению оптимальных значений геометрических и физико-механических характеристик их поверхностного слоя на этапе обработки;

3) экономия энергозатрат на изготовлении новых деталей в результате увеличения срока службы машин и механизмов благодаря повышению их долговечности.

Весомый вклад в изучение и развитие перспективной технологии УЗО внесли современные исследователи Ю.М. Боровин, В.Ю. Борозна, А.Г. Бочкарёв, К.В. Зайцев, Ким Чанг Сик, A.B. Кимстач, Д.П. Клочков, Н.П. Коломеец, Е.Е. Корниенко, И.О. Кудашева, Н.В. Лихобабина, О.Н. Нехорошков, Ю.В. Никитин, Н.С. Обловацкая, Г.А. Осипенкова, А.П. Петровский, A.C. Селиванов, Ю.С. Семёнова, С.Б. Скобелев, З.В. Степчева, A.C. Шинкарёв и др.

Однако одним из недостатков указанных работ является отсутствие внимания вопросам повышения качества поверхностного слоя изделий из титановых сплавов, нашедших широкое применение в авиационной и космической отраслях промышленности. В частности, в Российской самолётостроительной корпорации «МиГ» существуют проблемы улучшения коррозионной стойкости и износостойкости поверхности ряда деталей, а также снижения их массы. Разработка технологии с использованием современных материалов, которая позволяет улучшить топографию поверхности, управлять её микротвёрдостыо, остаточными напряжениями и глубиной наклёпа для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств изделий, является актуальной задачей.

Достоверность результатов

Научная новизна

1) Получены аналитические уравнения для расчёта давления в зоне контакта инструмента и заготовки, стойкости индентора, энергии деформирования шероховатости, степени перекрытия отпечатков от действия индентора и высоты выступов профиля обработанной поверхности с учётом степени перекрытия отпечатков, устанавливающие связь указанных величин с технологическими параметрами режима УЗО.

2) Получена система регрессионных уравнений для технологического управления качеством обрабатываемых изделий из титанового сплава ВТ6, устанавливающая связь режимов обработки с параметрами шероховатости профиля после УЗО.

3) Впервые исследована взаимная совместимость геометрических (высотные и шаговые параметры шероховатости) и физико-механических (микротвёрдость, остаточные макронапряжения, глубина наклёпа, плотность дислокаций) характеристик поверхностного слоя деталей после УЗО.

Практическая ценность

1) Разработан технологический процесс финишной ультразвуковой обработки поверхности штока 5.12.5301.1006.98, изготавливаемого из титанового сплава ВТ6 в ОАО «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ».

Реализация результатов работы

Апробация работы

Результаты работы доложены и обсуждены на трёх научно-практических конференциях:

- II Международная научно-практическая конференция «Итоги и перспективы интегрированной системы образования в высшей школе России: образование - наука - инновационная деятельность» в секции «Современные проблемы производства: прогрессивные технологии и материалы» (Москва, 26-28 октября 2011 г.);

Публикации

Результаты научных исследований опубликованы в 10 печатных работах, вкл. 2 статьи в сборниках международных научно-практических конференций и 4 статьи в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объём работы

Автор выражает благодарность лауреатам премии Правительства России в области образования - заслуженному деятелю науки Российской Федерации, доктору технических наук, профессору Таратынову Олегу Васильевичу, доктору технических наук, профессору Порошину Валерию Владимировичу, а также заслуженному деятелю науки и техники Российской Федерации, доктору технических наук, профессору Суслову Анатолию Григорьевичу за ценные рекомендации в процессе написания диссертационной работы.

Заключение диссертация на тему "Повышение качества поверхностного слоя изделий из титанового сплава методом ультразвуковой обработки"

Выводы

На основании проведённых экспериментальных исследований можно сделать вывод о том, что в результате УЗО в указанном диапазоне режима обработки титанового сплава ВТ6 микроструктура его поверхностного слоя значительно упрочняется вследствие измельчения частиц и повышения плотности дислокаций. В частности, после обработки удалось добиться толщины деформированного слоя порядка 60. 160 мкм со средним размером наночастиц вблизи поверхности 50.100нм. Плотность дислокаций в результате пластического деформирования достигла значений ро ~ 4,7.9,8хЮ12 (см-2) при исходной величине ро,,Сх ~ 5x10" (см"2).

Была установлена закономерность возрастания глубины наклёпа и плотности дислокаций, а также образования и измельчения приповерхностной наноструктуры при увеличении статической силы прижима инструмента к заготовке и уменьшении скорости продольной подачи в исследуемом технологическом диапазоне режима обработки. Важно отметить, что первая зависимость носит линейный характер, а вторая и третья - логарифмический.

§4.6. Анализ взаимной совместимости геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя деталей после ультразвуковой обработки

Целыо повышения качества поверхностного слоя является улучшение эксплуатационных свойств деталей машин. В зависимости от конструктивного назначения изделия и условий его эксплуатации на первое место могут выходить различные свойства - прочность, износостойкость, контактная жёсткость, усталостная выносливость, коррозионная стойкость, герметичность соединений, коэффициент трения и др. В результате перед инженером-технологом ставится задача повышения определённых показателей качества поверхности, имеющих первоочередное значение для данных условий эксплуатации - шероховатости, микротвёрдости, остаточных сжимающих напряжений, глубины наклёпа и т.д.

На основании результатов, полученных автором в исследованном технологическом диапазоне режима обработки (табл. 3.5), и учитывая данные из литературного обзора [91, 95], можно прийти к выводу, что улучшению микрогеометрии поверхностного слоя деталей способствует уменьшение статической силы прижима инструмента к заготовке Рст, скорости продольной подачи 81ф0Д и амплитуды ультразвуковых колебаний А, а также увеличение формы и радиуса индентора Кинд. С другой стороны, для повышения физико-механических характеристик поверхности требуется увеличение статической силы Рст и амплитуды колебаний А, а также снижение величины продольной подачи 811р0д и площади пятна контакта инструмента и заготовки посредством уменьшения формы и радиуса индентора Янцд.

Следовательно, единственным технологическим параметром режима обработки, одинаково влияющим на улучшение геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя деталей, является подача инструмента. Для выбора значений остальных технологических параметров необходимо исходить из условий эксплуатации и назначения изделий, которые определяются на этапе конструирования.

В частности, как было установлено, снижению шероховатости поверхности способствует уменьшение статической силы прижима инструмента к заготовке Рст и скорости продольной подачи 8прод. При этом важно отметить, что зависимость изменения среднего арифметического отклонения профиля Ка, среднего шага неровностей 8т и относительной опорной длины профиля от технологических режимов обработки носит характер, близкий к линейному (рис. 4.5-4.7).

С другой стороны, для повышения микротвёрдости, остаточных сжимающих макронапряжений, глубины наклёпа и плотности дислокаций требуется увеличение статической силы прижима инструмента к заготовке Бет и снижение скорости продольной подачи 811род. При этом важно подчеркнуть, что закономерности изменения физико-механических свойств носят прямо пропорциональный нелинейный характер: глубина наклёпа -линейный, микротвёрдость - близкий к параболическому, а остаточные макронапряжения и плотность дислокаций - строго выраженный логарифмический (рис. 4.27).

Таким образом, на основании сопоставления числовых значений параметров состояния поверхностного слоя при различных режимах обработки можно сделать вывод, что взаимная совместимость физико-механических характеристик поверхностного слоя деталей после УЗО имеет сложный характер.

При проектировании финишной операции технологического процесса обработки и выборе её параметров (Рст, 811род, А, Кнпд и др.) необходимо прогнозировать сочетание шероховатости, микротвёрдости, остаточных напряжений, глубины наклёпа и плотности дислокаций с учётом их влияния на эксплуатационные свойства деталей машин. Это становится возможным благодаря установленной корреляционной связи между геометрическими и физико-механическими характеристиками поверхностного слоя изделий из титанового сплава ВТ6 после применения технологии УЗО.

Плотность дислокаций

•Остаточные напряжения

Микротвёрдость

-д- Глубина наклёпа

Исходный

УЗО (50 Н.360 мм/мин)

УЗО (100 Н, 270 УЗО (150 Н, 180 мм/мим) мм/мин)

Рис. 4.27. Взаимная совместимость глубины наклёпа, микротвёрдости, остаточных сжимающих макронапряжений и плотности дислокаций в поверхностном слое титанового сплава ВТ6 при различных режимах УЗО {прямо пропорциональный нелинейный характер)

§4.7. Практические рекомендации по оптимизации технологического процесса ультразвуковой обработки

При проектировании технологической операции ультразвуковой обработки инженеру-технологу необходимо следовать следующему алгоритму:

1) Измерить исходные значения твёрдости НВисх либо HVllcx и шероховатости RZUCx обрабатываемой поверхности, оставшиеся после предшествующей чистовой лезвийной или абразивной операции:

НВисх = . (МПа) либо HVUCX = . (МПа) Rzucx = ••• (мкм)

2) Рассчитать по формуле максимальную глубину внедрения индентора hmax в профиль обрабатываемой поверхности при заданных значениях технологических параметров режима обработки (Fcm, RUH, A,f):

W - Kn + hàun = ( F™ + 2'm><» ^ 10 )• 1 Q\mkm)

2 • к • Rnp ■ НД к • Rnp • НД ■ nd где hmax - статическая глубина внедрения (мкм); hduH - динамическая глубина внедрения (мкм); Fcm - сила статического прижима инструмента к заготовке (PI); RUH - радиус индентора (мм); Rnp - приведённый радиус поверхностей контактирующих тел (мм), рассчитывается как Rjas ' Run / (R3as + Run), где Rшг - радиус заготовки (мм); НД - пластическая твёрдость (МПа), рассчитывается как {HB / 1,96)11236 = (HV / 1,96)1>1236, т.к. HB ~ HV до ~ 5000 МПа, где HB и HV - твёрдость по Бринеллю и Виккерсу (МПа); тш - масса инструмента (г), складывающаяся из масс индентора и волновода-концентратора; А - амплитуда ультразвуковых колебаний (мкм); / - частота ультразвуковых колебаний (Гц); пд - динамический коэффициент пластической твёрдости, равен

0,5-(1-137-У/НД + 71 + 2250-У/НД), где скорость внедрения V = 2-А-/-10'6 (м/сек).

3) Сравнить значения величины исходной шероховатости Я2исх и глубины внедрения инструмента ктах и в случае необходимости изменить параметры режима обработки {Ест, Яит А,/), добившись получения ОД 3-го вида, при котором индентор внедряется на уровень линии впадин профиля и обеспечиваются наилучшее значения геометрических характеристик поверхности: гпах ^

R. цех

4) Рассчитать по формуле контактное давление р индентора на обрабатываемую поверхность при заданных значениях технологических параметров режима обработки (Рст, 7?ш„ А,/):

Р =-,„.„■ Л-/'-ИГ» 2 • тШ1 ■ А ■ / ■ 1О 3

-J(h + со) • со + со+ — • *Jco • h

2-я- ■ RnP ■щ я- ■ Rnp ■ щ ■ И,) 2 V- - ---3 ' Ю где /г и ¿о - остаточная и упругая деформации заготовки и инструмента (мм), рассчитываются как к = кст + кдип согласно п. 2 и + 0-V, при этом

V 16 ^»р кзаг = (1 - /л2заг)1(л • £заг), где juwl и /изаг - коэффициенты Пуассона инструмента и заготовки, Еин и Езаг - модули Юнга инструмента и заготовки (МПа);

5) Сравнить величину контактного давления р индентора с пределом текучести ат обрабатываемого материала и в случае необходимости изменить параметры режима обработки (Fcm, Run, А, /), добившись упрочняющего режима ППД, при котором обеспечиваются наилучшее значения физико-механических характеристик поверхности (при условии сохранения ОД 3-го вида): р> 3-ат (МПа)

При этом для предотвращения перенаклёпа и разрушения поверхностного слоя максимальное давление в контакте не должно превышать значение твёрдости НВисх либо HVUCX\ р < НВисх (МПа) либо р < HVUCX (МПа)

6) Выбрать значение скорости главного движения Угл и величины оборотной подачи S0q (при токарной схеме обработки) либо скорости продольной Snpod и величины поперечной Snon подачи (при фрезерной схеме обработки), в зависимости от требуемой производительности процесса и радиуса индентора:

V^ = . (м/мин) и S„6 = . (мм/об) Snpod = ■■• (мм/мин) и Snon = . (мм/шаг)

Граничные условие для соблюдения необходимой степени перекрытия отпечатков в направлениях главного движения и движения подачи при токарной схеме обработки с учётом определяемого эмпирически угла внедрения индентора в обрабатываемую поверхность выглядят следующим образом:

А ,

Угл <0,1 • / • (RllH • sin а +--10 ) (м/ мин) tga

А ,

So6 <RW¡ - sinа +--10 (мм/об) tga

7) Рассчитать по формулам высоту неровностей профиля обработанной поверхности в направлении главного движения и движения подачи:

У шах гл (Л*

1,33-Г • 39,4 + об

8,27 • ^

Дин • зт а • / + ■ 10"3 +1,33 • Уа • л/39,4 + ^

-103 Л г исх проб

-( 2• тин ■ А-■ 10""9 10з 2-к-Кпр-1Щ л-Ят-НД-пд пр мкм) 2

У шах под = (К, Кп ~) • 10 + исх поп (Кт + Кип ) ' ^

5. (кн-\кн2 + исхпоп к.Кр.Щ.Пд мкм),

При обработке заготовки из титанового сплава ВТ6 после чистовой лезвийной или абразивной подготовки поверхности с Я2 исх < 5 мкм можно использовать регрессионные уравнения:

Яа = 0,03 + 4,5*10'4 х /ги + ЗХ10Г1 х 8прод (мкм); - 0,01 + 7,5*10'5 X Гст + 4,3*Ю-5 * 8прод (мм); *и = 127,5 - 0,175 * Ест - 0,15 * 8прод (%).

8) Спрогнозировать соответствующие получаемой шероховатости физико-механические свойства поверхностного слоя и оценить их взаимную совместимость на основании установленных закономерностей.

§4.8. Реализация результатов экспериментальных исследований

Объектом проведения исследований было выбрано качество поверхностного слоя рабочего штока летательного аппарата 5.12.5301.1006.9, изготавливаемого мелкосерийно в ОАО «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ» (см. Приложение 5). Данный шток работает в условиях трения с возможным попаданием на поверхность абразивных частиц при перепаде температур от -50°С до +50°С. Конструкция, в которой используется указанный шток, не разглашается.

Согласно оригинальному технологическому процессу, цилиндрическая О поверхность штока обтачивалась на токарном станке до 016,3" с Ка= 1,25 мкм, затем подвергалась шлифованию до 016.о',4 с К.а = 0,63 мкм,

-О 138 после чего обрабатывалась суперфинишированием до 016.056 с

Яа = 0,16 мкм. В качестве материала заготовки использовалась высококачественная конструкционная сталь 30ХГСА, поэтому для обеспечения коррозионной стойкости и износостойкости после суперфиниширования применялось поверхностное легирование.

В результате выполнения совместной научно-исследовательской работы Московского государственного индустриального университета и Российской самолётостроительной корпорации «МиГ» была разработана, опробована и внедрена в опытное производство технология финишной обработки штока 5.12.5301.1006.98 при варианте его изготовления из титанового сплава ВТ6 методом ультразвукового поверхностно-пластического деформирования. Благодаря замене конструкционного материала масса детали уменьшилась более чем на 40% при сохранении требуемой прочности, а также отпала необходимость в назначении химико-термической обработки. Операция суперфиниширования (см. Приложение 6) была заменена на ультразвуковую обработку (см. Приложение 7), которая позволила повысить геометрические и физико-механические характеристики поверхностного слоя детали с обеспечением требуемых эксплуатационных свойств. Для захода инструмента на цилиндрическую поверхность вала на торце заготовки была выточена фаска, а для выхода индентора на противоположной стороне были сделаны фаска и паз. Эксплуатационные испытания обработанного штока проводились самостоятельно специалистами ОАО «РСК «МиГ» и их результаты не подлежат разглашению (см. Приложение 4).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках настоящей диссертационной работы была решена важная научно-практическая задача повышения качества поверхностного слоя рабочего штока летательного аппарата 5.12.5301.1006.98, изготавливаемого в ОАО «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ», для обеспечения требуемой коррозионной стойкости и износостойкости.

1. Получено аналитическое уравнение для расчёта давления в зоне контакта инструмента и заготовки при У30:

Р:

Р +4 ■ т

1 ст 'ин

А- /2 • 1(Г9

Я.,

Я,

1 К + к заг — "кн I СО) 1 со +а> + ~ --^со-И 4

2 " тш, • А - / -\0~ 2-я-Япр-Щ п ■ Я • НД • пд

МПа)

-з

2. Получено аналитическое уравнение для расчёта стойкости индентора с условием сохранения ОД 3-го вида при УЗО:

---0

1 = -р не* + /4 V,,,--10-'(вдс)

60 -1Н-Га

3. Получено аналитическое уравнение для расчёта энергии, затрачиваемой на деформирование шероховатости профиля за одно внедрение инструмента при УЗО:

1,33-^. (з9,4+^

Едеф=--х.(ЯШІ*іпа +--10-3+-ї-

4 /

• ■ *та + 10"3)• (--Ъ— + 2Л'/'■ 10 9). {мДж)

2 -я-Я^-НД п ■ Япр ■ НД • пд

4. Получены аналитические уравнения для расчёта степени перекрытия отпечатков от действия индентора в направлении главного движения и движения подачи при УЗО:

8,27

Яин ■ мп а • / + ^ • Ю-3 +1,33 • - 39,4 + ^ х100% tga

Я.

Ппод ~ '

1(2-[Дин-*та + — -10-3]-Яоб)-С

Я,ш ■ эта + • 10 3

-Ш--Н.8та + —-Ю"3-^-)

2 4 2 р з "" ^язаг±к,

Ь + со)1 + со — -ысо-к 4

2 • т,,„ • А- / -\0~

100%,

2-х-Кр-ЯД л ■ Япр ■ НД ■

V „ ---з )

Кис*- Ю

5. Получены аналитические уравнения для расчёта высоты выступов профиля обработанной поверхности с учётом степени перекрытия отпечатков в направлении главного движения и движения подачи при УЗО:

1,33 • V ■ . 39,4 + об

Утах гя = (К, ~ Ц Ки ~ (Дш ' « +--10"3 + я зиг \2

8,27 ■ V,,

Яи11 • эт а ■ / + • Ю~3 +1,33 • Угл ■ Л/39,4 + г)2)-103

Я. исх проб

-с tga р К 2-тш.-А-/2-10~9у103

2-я-Япр-НД к • Япп • НД • и, пр мкм)

Утыпод = (Кн ~ ^Кн~ ~ " 103 +

К исх поп ( к.

2-п-Яп-НД п • Я1 ■ НД ■ пд мкм)

Данные аналитические уравнения базируются на усовершенствованной математической модели контактного взаимодействия инструмента и обрабатываемой поверхности, в основу которой заложена физическая картина дискретности пятна контакта: а) в расчёт берётся динамическая составляющая процесса внедрения инструмента в заготовку, зависящая от частоты и амплитуды ультразвуковых колебаний, которые определяют скорость, силу, импульс и энергию внедрения индентора в поверхностный слой металла; б) учитывается взаимное перемещение заготовки и инструмента друг относительно друга в момент внедрения индентора, вследствие чего профиль отпечатка искажается, преобразуясь из окружности в эллипс; в) рассматривается соотношение величины исходной шероховатости обрабатываемого профиля и глубины внедрения индентора, складывающейся из статической и динамической составляющих, которое определяет величину контактного сближения, оказывая влияние на фактическую площадь пятна контакта и значение получаемой шероховатости.

6. Проведены экспериментальные исследования состояния поверхностного слоя деталей из титанового сплава ВТ6 после финишной операции УЗО. В результате применения указанной технологии удалось добиться улучшения геометрических и физико-механических характеристик обработанной поверхности: шероховатость - Яа = 0,10. 0,20 мкм при Яа исх — 0,41 мкм, Я:- 0,88. 1,68 мкм при Я:исх= 3,28 мкм, Ятах = 1,13.2,82 мкм при В-тах исх ~ 4,08 МКМ, Я(} = 0,1 5 . .0,30 МКМ при Я,, исх = 0,55 мкм, Яр = 0,38. 1,06 мкм при Ярисх = 1,50 мкм, = 0,50.0,84 мкм при Ку«сх= 1,78 мкм, = 0,0221 .0,0375 мм при исх = 0,1275 мм, /„, = 55.95% при /,„ исх = 50%; волнистость - = 0,37.1,35 мкм при 1¥,исх= 1,18 мкм; твёрдость - НЯВ = 108. 110 при НЯВисх = 106; микротвёрдость - НУ = 560. .650 при НУисх = 540; остаточные макронапряжения - <з'0Ст = -540.-750 МПа при <стисх = -90 МПа; глубина наклёпа - Ь„ = 60. 160 мкм;

12 2 11^ плотность дислокаций - р0 ~ 4,7.9,8x10 см" при ро„Сх ~5хЮ см"'; размер частиц (в фольгах толщиной 100 нм) - с! = 50. 100 нм при с1исх ~ 200 нм.

7. На основании математическо-статистической обработки результатов исследований по модели полного двухфакторного эксперимента была получена система регрессионных уравнений, позволяющая управлять качеством поверхности деталей в процессе УЗО:

К = 0,03 + 4,5 хЮ-4 х /гси + 3х10'4 х 5прод (мкм);

5„, = 0,01 + 7,5x10-5 х Гст + 4,3x10'5 х 8прод (мм); (т = 127,5 - 0,175 х Ест -0,15 х 8прод (%).

Данные уравнения справедливы при обработке изделий из титанового сплава ВТ6 с указанными значениями исходной шероховатости в следующем диапазоне изменения технологических параметров режима УЗО: частота ультразвуковых колебаний 20 кГц, амплитуда ультразвуковых колебаний 10 мкм, радиус бочкообразного индентора 12 мм, величина поперечной подачи 0,05 мм/шаг, скорость продольной подачи 180.360 мм/мин, статическая сила 50. 150 II.

8. Впервые исследована взаимная совместимость получаемых геометрических (высотные и шаговые параметры шероховатости) и физико-механических (микротвёрдость, остаточные макронапряжения, глубина наклёпа, плотность дислокаций) характеристик поверхностного слоя деталей после УЗО.

В указанном диапазоне режима обработки установлена закономерность снижения параметров шероховатости при уменьшении силы статического прижима инструмента к заготовке и скорости продольной подачи. Данная зависимость имеет характер, близкий к линейному. При увеличении силы статического прижима и уменьшении скорости подачи наблюдается закономерность повышения глубины наклёпа, микротвёрдости, остаточных сжимающих макронапряжений и плотности дислокаций. При этом в первом случае изменение носит линейный характер, во втором - близкий к параболическому, а в третьем и четвёртом - строго выраженный логарифмический. Таким образом, взаимная совместимость физико-механических характеристик поверхностного слоя изделий после УЗО носит прямо пропорциональный нелинейный характер.

9. Проведён сравнительный анализ повышения качества поверхностного слоя деталей из титанового сплава классическими методами ППД с технологией УЗО. В результате установлено очевидное преимущество ультразвуковой обработки, поскольку накатывание не позволяет добиться наименьшего значения шероховатости поверхности титановых сплавов, а выглаживание неприменимо ввиду адгезионного налипания частиц титана на алмаз.

10. Разработаны практические рекомендации по оптимизации технологического процесса УЗО на основе установленных закономерностей изменения геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя деталей из титанового сплава ВТ6 в зависимости от режима обработки с учётом анализа их взаимной совместимости. Данные рекомендации позволяют инженеру-технологу обоснованно выбирать значения технологических параметров процесса УЗО исходя из качества обрабатываемой заготовки и конструктивного назначения выпускаемых изделий.

11. Разработан, опробован и внедрён в опытное производство ОАО «Российская самолётостроительная корпорация «МиГ» технологический процесс ультразвуковой обработки поверхности рабочего штока 5.12.5301.1006.98 при варианте его изготовления из титанового сплава ВТ6, позволяющий обеспечить требуемые значения эксплуатационных свойств.

Библиография Харченко, Владислав Викторович, диссертация по теме Автоматизация в машиностроении

1. Смелянский В.М. Механика упрочнения деталей поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2002. - 300 с.

2. Киричек A.B., Соловьёв Д.Л., Лазуткин А.Г. Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 2004. -288 с.

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

4. Инженерия поверхности деталей / Колл. авт. под ред. Суслова А.Г. -М.: Машиностроение, 2008. 320 с.

5. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. -М.: Машиностроение, 2000. 320 с.

6. Суслов А.Г. Технология машиностроения. 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 2007. 430 с.

7. Дальский A.M., Арутюнова И.А., Барсукова Т.М. и др. Технология конструкционных материалов. М.: Машиностроение, 1977. - 664 с.

8. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Т. 2 / Под ред. Дальского A.M., Суслова А.Г., Косиловой А.Г., Мещерякова Р.К. -5-е изд., исправл. - М.: Машиностроение-1, 2003. - 944 с.

9. Папшев Д.Д. Отделочно-упрочняющая обработка поверхностным пластическим деформированием. М.: Машиностроение, 1978. - 152 с.

10. Богодухов С.И., Гребешок В.Ф., Проскурин А.Д. Обработка упрочнённых поверхностей в машиностроении и ремонтном производстве. -М.: Машиностроение, 2005. 256 с.

11. ГОСТ 18296-72 «Обработка поверхностным пластическим деформированием. Термины и определения». М.: Издательство стандартов, 1972.- 13 с.

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

13. Винниченко В.Н. Ультразвуковое упрочнение вольфрамокобальтовых твёрдых сплавов. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Киев: КПИ, 1984.

14. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчётов на трение и износ. М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.

15. Комбалов B.C. Влияние шероховатости твёрдых тел на трение и износ. М.: Наука, 1974. - 111 с.

16. Алёхин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоёв материалов. М.: Наука, 1983. - 280 с.

17. Бабичев А.П. Вибрационная обработка деталей. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1974. - 136 с.

18. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1978. 184 с.

19. Браславский В.М. Технология обкатки крупных деталей роликами. 2-е изд. -М.: Машиностроение, 1975. 160 с.

20. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. -М.: Машиностроение, 1981. -244 с.

21. Демкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. -М.: Машиностроение, 1970. 270 с.

22. Демкин Н.Б. Фактическая площадь касания твёрдых поверхностей. -М.: Изд-во АН СССР, 1962. 112 с.

23. Дрозд М.С., Матлин М.М., Сидякин Ю.И. Инженерные расчёты упругопластической контактной деформации. М.: Машиностроение, 1986. -224 с.

24. Дрозд М.С. Определение механических свойств металла без разрушения. М.: Металлургия, 1965. - 171 с.

25. Крагельский И.В., Михин Н.М. Узлы трения машин: Справочник. -М.: Машиностроение, 1984. 280 с.

26. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х книгах. Кн. 2. / Под ред. И.В. Крагельского и В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1979. -358 с/

27. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. В 2-х книгах. Кн. 1. / Под ред. И.В. Крагельского и В.В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978. -400 с.

28. Крагельский И.В. Трение и износ. 2-е изд. перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1968. 480 с.

29. Крагельский И.В., Виноградова И.Э. Коэффициенты трения. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Машгиз, 1962. - 220 с.

30. Кроха В.А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации: Справочник. М.: Машиностроение, 1980. - 157 с.

31. Кудрявцев И.В. Поверхностный наклёп для повышения прочности и долговечности деталей машин. М.: Машиностроение. 1969. - 100 с.

32. Марков А.И. Ультразвуковая обработка материалов. -М.: Машиностроение, 1980. 237 с.

33. Марков А.И., Устинов И.Д. Ультразвуковое алмазное выглаживание деталей и режущего инструмента. М.: Машиностроение, 1979. - 54 с.

34. Применение ультразвука в промышленности / Под ред. Маркова А.И. М.: Машиностроение, 1975. - 240 с.

35. Михин Н.М. Внешнее трение твёрдых тел. М.: Наука, 1977. - 221 с.

36. Михин Н.М. Трение в условиях пластического контакта. М.: Наука, 1968.- 104 с.

37. Папшсв Д.Д. Упрочнение деталей обкаткой шариками. -М.: Машиностроение, 1968. 132 с.

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

39. Полевой С.Н., Евдокимов В.Д. Упрочнение машиностроительных материалов: Справочник. М.: Машиностроение, 1994. -496 с.

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

41. Поляк М.С. Технология упрочнения. Технологические методы упрочнения. В 2-х томах. Т. 1. М.: «JI.B.M. - СКРИПТ», Машиностроение, 1995.-832 с.

42. Поляк М.С. Технология упрочнения. Технологические методы упрочнения. В 2-х томах. Т. 2. М.: «JI.B.M. - СКРИПТ», Машиностроение, 1995.-688 с.

43. Розенберг O.A. Механика взаимодействия инструмента с изделием при деформирующем протягивании. Киев: Наукова думка, 1981. - 228 с.

44. Рыжов Э.В., Клименко С.А., Гуцаленко О.Г. Технологическое обеспечение качества деталей с покрытиями. Киев: Наукова думка, 1994. -177 с.

45. Рыжов Э.В. Технологические методы повышения износостойкости деталей машин. Киев: Наукова думка, 1984. - 272 с.

46. Рыжов Э.В., Колесников Ю.В., Суслов А.Г. Контактирование твёрдых тел при статических и динамических нагрузках. Киев: Наукова думка, 1982.- 170 с.

47. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Фёдоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин.

48. М.: Машиностроение, 1979. 176 с.

49. Рыжов Э.В. Контактная жёсткость деталей машин. М.: Машиностроение, 1966. 193 с.

50. Соловьёв Д.Л. Технология и оборудование статико-импульсной обработки поверхностным пластическим деформированием. Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. Орёл: ОГТУ, 2005.

51. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений / Под общей ред. А.Г. Суслова. -М.: Машиностроение, 2006. 448 с.

52. Суслов А.Г., Дальский A.M. Научные основы технологии машиностроения. -М.: Машиностроение, 2002. 425 с.

53. Качество машин: Справочник в 2-х томах. Т. 1. / Под ред. Суслова А.Г. М.: Машиностроение, 1995. - 256 с.

54. Качество машин: Справочник в 2-х томах. Т. 2. / Под ред. Суслова А.Г. М.: Машиностроение, 1995. - 430 с.

55. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение параметров состояния поверхностного слоя деталей. М.: Машиностроение, 1987. - 208 с.

56. Суслов А.Г. Технологическое обеспечение контактной жёсткости соединений. М.: Наука, 1977. - 101 с.

57. Торбило В.М. Алмазное выглаживание. М.: Машиностроение, 1972. - 104 с.

58. Хворостухин Л.А., Шишкин C.B., Ковалёв А.П. и др. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением. -М.: Машиностроение, 1988. 144 с.

59. Чепа П.А., Андрияшин В.А. Эксплуатационные свойства упрочнённых деталей. Минск: Наука и техника, 1988. - 192 с.

60. Чепа П.А. Технологические основы упрочнения деталей поверхностным деформированием. Минск: Наука и техника, 1981. - 128 с.

61. Чспа П.А., Каледин Б.А. Повышение долговечности деталей поверхностным пластическим деформированием. Минск: Наука и техника, 1974.-232 с.

62. Шнейдер Ю.Г. Технология финишной обработки давлением: Справочник. СПб.: Политехника, 1998. - 414 с.

63. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. 2-е изд. перераб. и доп. JL: Машиностроение, 1982. - 248 с.

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

65. Шнейдер Ю.Г. Инструменты для чистовой обработки металлов давлением. Д.: Машиностроение, 1970. - 248 с.

66. Шнейдер Ю.Г. Чистовая обработка металлов давлением. М.-Л.: Машгиз, 1963. 272 с.

67. Смелянский В.М. Механика упрочнения поверхностного слоя деталей машин в технологических процессах поверхностного пластического деформирования. М.: Объединение «МАШМИР», 1992. - 60 с.

68. Смелянский В.М. Механика формирования поверхностного слоя деталей машин в технологических процессах поверхностного пластического деформирования. Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук. М.: МАМИ, 1989.

69. Смелянский В.М. Исследование процесса алмазного выглаживания жёстким инструментом. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. М.: МАМИ, 1969.

70. Муханов И.И. Импульсная упрочняюще-чистовая обработка деталей машин ультразвуковым инструментом. М.: Машиностроение, 1978. - 44 с.

71. Баринов В.В. Влияние технологических факторов на уровень повреждённости поверхностного слоя деталей при обкатывании. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. М.: МАМИ, 1984.

72. Блюменштейн В.Ю. Исследование качества поверхностного слоя деталей машин после совмещённого размерного обкатывания. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. -М.: МАМИ, 1979.

73. Данг Ван Нгин. Повышение качества обкатывания деталей машин на основе многокритериальной параметрической оптимизации с применением комплексного критерия. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. М.: МАМИ, 1988.

74. Дубенко В.В. Исследование процесса алмазного выглаживания хромированных деталей тракторной гидроаппаратуры. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. -М.: МАМИ, 1977.

75. Журавлёв A.B. Технологическое обеспечение сопротивления усталости деталей машин обкатыванием на основе учёта интенсивности деформации поверхностного слоя. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. М.: МАМИ, 1989.

76. Ныклевнч Т. Тепловые явления и качество поверхностного слоя деталей машин при обработке размерным совмещённым обкатыванием. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. -М.: МАМИ, 1983.

77. Ан Г.Д. Исследование процесса ультразвукового упрочнения высокопрочных авиационных материалов. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Куйбышев: КуАИ, 1969.

78. Асанов В.Б. Качество поверхностного слоя деталей машин и его особенности после упрочняюще-чистовой обработки ультразвуковым инструментом. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Новосибирск: НЭТИ, 1972.

79. Бляшко Я.И. Разработка метода упрочнения крупногабаритных компрессорных лопаток поверхностным пластическим деформированием в ультразвуковом поле. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. М.: 1983.

80. Куроедов Ю.Б. Особенности структуры и конструктивная прочность закалённой стали после импульсной упрочняюще-чистовой обработки ультразвуковым инструментом. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. М.: 1979.

81. Синдеев В.И. Исследование влияния упрочняюще-чистовой обработки лучом лазера и ультразвуковым инструментом на качество поверхностного слоя. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Куйбышев: КуПИ, 1981.

82. Чудинов A.B. Упрочняюще-чистовая обработка стальных закалённых деталей ультразвуковым инструментом. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Новосибирск: НЭТИ, 1972.

83. Холопов Ю.В., Зинченко А.Г., Савиных A.A. Безабразивная ультразвуковая финишная обработка металлов. — JL: ЛДНТП, 1988. 19 с.

84. Боровші Ю.М. Повышение геометрических и физико-механических характеристик поверхностного слоя при финишной ультразвуковой обработке. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. М.: МГИУ, 2005.

85. Бочкарёв А.Г. Повышение работоспособности подшипников путем ультразвукового упрочнения внутренних колец несвязанными шариками. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Самара: СГТУ, 2005.

86. Зайцев K.B. Совершенствование технологии процесса ультразвуковой обработки поверхностей стальных деталей перед нанесением газотермических покрытий. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Тюмень: ТГНУ, 2011.

87. Ким Чанг Сик. Технологические и структурные закономерности ультразвуковой финишной и упрочняющей обработки конструкционных и инструментальных материалов. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. М.: МГИУ, 2005.

88. Кимстач A.B. Методы контроля и диагностика остаточных напряжений в сварных соединениях при ультразвуковой обработке. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. СПб.: СЗГЗТУ, 2004.

89. Коломеец Н.П. Улучшение свойств изделий из конструкционных сталей и сплавов методом силового воздействия ультразвуковым инструментом. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук,- М.: МГТУ «СТАНКИН», 2003.

90. Кудашева И.О. Совершенствование технологии изготовления прецизионных деталей тело вращения на основе применения ультразвукового упрочнения и поверхностно-активных веществ.

91. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Саратов: СГТУ, 2008.

92. Нехорошков О.Н. Влияние ультразвуковой обработки на структуру, свойства и разрушение композиций, образующихся при нанесении покрытий и сварке. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Томск: ИФПМ СО РАН, 2006.

93. Осипенкова Г.А. Отделочно-упрочняющая обработка с применением ультразвуковых крутильных колебаний. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Нижний Тагил: УГТУ-УПИ, 2009.

94. Семёнова Ю.С. Технологическое обеспечение качества поверхностного слоя деталей ультразвуковым пластическим деформированием. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Барнаул: НГТУ, 2012.

95. Скобелев С.Б. Повышение износостойкости деталей пар трения путём выбора рациональных технологических параметров ультразвуковой упрочняющей обработки. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Барнаул: ОмГТУ, 2009.

96. Степчева З.В. Повышение эффективности алмазного выглаживания на основе рационального использования энергии модулированного ультразвукового поля. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Ульяновск: УГТУ, 2007.

97. Шинкарёв A.C. Повышение качества поверхностного слоя сварных швов на основе совершенствования ультразвуковой ударной обработки. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Ижевск: ИГТУ, 2010.

98. Чепа П.А. Расчёт параметров контакта при обработке деталей поверхностным деформированием // Доклады АН БССР, 1979. т. XXIII. -№7.-С. 614-616.

99. Ковалёв P.M., Меньшиков В.М., Раевский А.Н. Площадь контакта и угол вдавливания при накатывании цилиндрических деталей шариком // Труды Челябинского политехнического института. Челябинск: ЧПИ, 1972. -№ 114.-С. 154-158.

100. Гурин Ф.В., Смелянский В.М. Натяг и сила при алмазном выглаживании с жёстким закреплением инструмента // Новые процессы обработки резанием. М.: Машиностроение, 1968. - С. 175-181.

101. Иревли C.B. Обеспечение качества деталей машин методом ударной обработки. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. М.: МГАПИ, 2002.

102. Якубов Ф.Я. Энергетические соотношения процесса механической обработки материалов. Ташкент: Фан, 1985. - 104 с.

103. Сорокин Г.М., Сафонов Б.П. Влияние механических характеристик сталей на их сопротивление абразивному изнашиванию // Трение и износ, 1984. т. 5.-№5.-С. 797-805.

104. Сорокин Г.М., Сафонов Б.П., Ерошкин В.П. Методика определения удельной энергии пластической деформации сталей // Заводская лаборатория, 1982. т. 48. № 10. - С. 68-70.

105. Вулых Н.В. Формирование микрогеометрии упрочнённого слоя деталей при локальном и охватывающем поверхностном пластическом деформировании. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. Иркутск: ИГТУ, 2002.

106. Гилета В.П., Исхакова Г.А. Исследование закономерностей формирования микрогеометрии поверхности при алмазной ультразвуковойупрочняющей чистовой обработке // Сверхтвёрдые материалы, 1992. № 1. -С. 45-50.

107. Фельдман Я.С. Расчёт параметров микрорельефа цилиндрических вибронакатанных поверхностей деталей машин, приборов и их технологическое обеспечение. Л.: ЛИТМО, 1979. - 97 с.

108. Маталин A.A., Илященко A.A. Влияние направления выглаживания и раскатывания на шероховатость и износостойкость обработанных поверхностей. — «Вестник машиностроения», 1975. № 3. - С. 74-75.

109. Брондз Л.Д., Воронов В.Ф. Влияние поверхностного упрочнения на шероховатость высокопрочных сталей при повышенных температурах испытания. В книге «Поверхностный наклёп высокопрочных материалов». -М.: ОНТИ-ВИАМ, 1971. С. 213-221.

110. Абрамов О.В., Хорбенко И.Г., Швегла Ш. Ультразвуковая обработка материалов. М.: Машиностроение, 1984. - 280 с.

111. Суслов А.Г., Горленко O.A. Экспериментально-статистический метод обеспечения качества поверхности деталей машин.

112. М.: Машиностроение-1, 2003. 303 с.

113. Тихомиров В.П., Горленко O.A., Порошин В.В. Методы моделирования процессов в триботехнических системах: Учебное пособие. -М.: МГИУ, 2004. С. 113-145.

114. Планирование эксперимента и статистический анализ его результатов средствами MS Excel: Методические указания. Составители: Богомолов Д.Ю., Боровин Ю.М. М.: МГИУ, 2006. - 24 с.

115. Методическое пособие по планированию эксперимента. Составители: Богомолов Д.Ю., Боровин Ю.М. М.: МГИУ, 2006. - 21 с.

116. Ильин A.A., Колачёв Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. Справочное издание. М.: ВИЛС -МАТИ, 2009. - 520 с.

117. Шутов A.B. Закономерности упрочнения деформируемых титановых сплавов при пластической деформации. Автореферат диссертации насоискание учёной степени кандидата технических наук. Воронеж: ВГЛТА, 2000.

118. Крылов H.A. Особенности структурных и фазовых превращений в титановых заготовках в процессе высокоскоростного пластического деформирования. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. СПб.: СПбИМ (ВТУЗ-ЛМЗ), 2008.

119. Абковиц С., Бурке Дж., Хильц Р. Титан в промышленности. -М.: Оборонгиз, 1957.

120. Эверхарт Дж.Л. Титан и его сплавы: Перевод с англ. / Под ред. С.Г. Глазунова, Л.П. Лужникова. М.: Металлургиздат, 1956. - 140 с.

121. ГОСТ 9450-76 «Измерение микротвёрдости вдавливанием алмазных наконечников». -М.: Издательство стандартов, 1976. -33 с.

122. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев Л.Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. -М.: Металлургия, 1982. 632 с.

123. ГОСТ 2789-73 «Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики». -М.: Издательство стандартов, 1974. 7 с.

124. Материаловедение: Учебник для вузов / Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. 8-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 648 с.

125. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение: Учебник для высших технических учебных заведений. 3-е изд., перераб и доп. -М.: Машиностроение, 1990. - 528 с.

126. Таратынов О.В., Порошин В.В., Харченко В.В. Расчёт высоты выступов профиля обработанной поверхности с учётом степени перекрытия отпечатков индентора при ультразвуковой обработке // СТИН, 2012. № 6. -С. 30-35.

127. Таратынов О.В., Боровин Ю.М., Харченко В.В. Улучшение микрогеометрии поверхностного слоя изделий из титанового сплава методом ультразвуковой обработки // Вестник МГТУ «СТАНКИН», 2012. № 1 (18). -С. 44-47.

128. Таратынов О.В., Порошин В.В., Харченко В.В. Повышение качества поверхностного слоя изделий из титанового сплава методом ультразвуковой обработки // Наукоёмкие технологии в машиностроении, 2012.-№ 10.-С. 13-19.

129. O.V. Taratynov, V.V. Poroshin, V.V. Kharchenko. Determining the Height of Surface Projections after Ultrasonic Machining // Russian Engineering Research, 2013. V. 33. - № 1. - P. 53-56.

130. М И Н О Б РIIА У К И РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательноеучреждение высшего профессионального образования «МАТИ Российский государственный технологический университет имени К.Э. Циолковского»

131. Ресурсный центр коллективного пользования «Авиационно-космические материалы и технологии»1. АКТо выполнении научно-исследовательской работы

132. Были проведены следующие виды исследований:- рентгеновская дифрактометрия на аппарате ДРОН-7 (определение остаточных макронапряжений);-оптическая микроскопия на приборе Carl Zeiss Axio Observer.Alm (металлографический анализ структуры сплава).

133. Техническое задание на выполнение НИР и исходные образцы были предоставлены аспирантом ФГБОУ ВПО «МГИУ» Харченко В.В. под руководством научного руководителя, заслуженного деятеля науки РФ, д. т. н., проф. Таратынова О.В.

134. Работы были выполнены в установленные сроки, в полном объеме и в соответствии с техническим заданием.1. ВТ6.1. Скворцова С.В.

135. ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ1. МИСиС»1. УТВЕРЖДАЮ1. Гор МИСиС1. Й.Р .Филонов012 г.1. Чз1. ПРОТОКОЛ

136. Исследования наноструктуры и плотности дислокаций в приповерхностном слое заготовок из титанового сплава ВТ6 методом просвечивающей электронной микроскопии1. Москва 2012

137. Заказчик: Аспирант ФГБОУ ВПО «МГИУ» Харченко В.В. (научный руководитель д.т.н., проф. Таратынов О.В.).

138. Объект испытаний: 4 заготовки из титанового сплава ВТ6.

139. Цель испытаний: Исследование структуры приповерхностного слоя заготовок из титанового сплава ВТ6.

140. Метод анализа: Просвечивающая электронная микроскопия.

141. Оцениваемые показатели: Качественный фазовый состав, линейные размеры. Суммарная относительная неопределенность линейных размеров составляет 5%.

142. Материально-техническое обеспечение испытаний: Просвечивающий электронный микроскоп JEM 2100.

143. Результаты испытаний: На рисунке 1(a) приведено изображение структуры поверхности характерное для образцов титанового сплава ВТ6 №1-3, а на рисунке 1 (б) для исходного образца № 4.

144. Рисунок 1 Изображения структуры приповерхностного слоя, характерные для образцов № 1-3 (а) и № 4 (б)

145. Дата начала исследования: 12 января 2012 г. Дата окончания исследования: 27 февраля 2012 г.

146. Место проведения исследований ЦКП "Материаловедение и металлургия"

147. С.н.с. ЦКП «Материаловедение и металлургия»1. Табачкова Н.Ю.

148. Руководитель ЦКП "Материаловедение и металлургия"1. Пархоменко Ю.Н.1. УТВЕРЖДАЮ»1. Г — м "1. АКТо внедрении результатов НИР в образовательный процесс

149. Представители ФГБОУ ВПО «МГИУ» Представитель ОАО «РСК «МиГ»" Г1. Н " юдитель НИР:1. Порошин1. О исполнитель:юдитель НИР: Порошин В.В.1. Харченко В.В.юля 3. ло

150. Неуказаинь/е лЬедельнь/е олшоненш ¿эсгз/че1. Y/У JL, 1. J ч ч>-Vf •а1 1. VtSoSa. .1. Г. »O-тр1. PaiJecifekatvZ512.53011006.98.гіадя. ЛЗ-» ro, r J ^o-jfj т^охчи.І ¡—^ :. " f. ¿sr

151. ИнВ. подл. Подпись п дата Взам. Инг, Л? Ине. дуол. Подпись и дата ГОСТ 3.1404-74. Форма 1631014.01140.00461

152. Суперфиниширование Сталь ЗОХГСЛ 0,320 полуфабрикат 120 кгс/мм2

153. Колич. одное. обраб. детал. Оборудование (наименование, модель) Приспособление (коди наименование) Центр вращения І-5-Н ГОСТ 8742-62 Охлаждение

154. Станок типа суперфиниш. ЗГ12

155. Изм. Лист № до кум Подпись Дата Изм. Лист Л° докум. Подпись Дата Н.контр Фамилия Подпись Дата 1

156. НЕ. ПОДЛ. Подпись и дата В зам. Инв. № Инв. Л» дубл. Подпись и дата ГОСТ 3.1404-74. Форма 1631014.01140.00461

157. Ультразвуковая обработка Сплав ВТ6 0,182 полуфабрикат 54 кгс/мм2

158. Колич. ОДНОЕ. оораб. детал. Оборудование (наименование, модель) Приспособление (код и наименование) Центр вращения І-5-Н ГОСТ 8742-62 Охлаждение

159. Токарно-винторезный станок 16К20

160. Изм. Лист докум. Подпись Дата Изм. Лист № докум. Подпись Дата Н.контр Фамилия Подпись Дата 1

Похожие работы

Машиностроение и машиноведение
05.02.00